Biologia Molekularna- wykład 14, 26.01.07
Modyfikacje białek cd.
Motywy odpowiadające za swoistość kinaz białkowych i fosfataz białkowych
Fosforylacja- mechanizm regulacyjny wykorzystywany przy przekazywaniu sygnału, uruchamianiu czynników transkrypcyjnych czy aktywacji enzymów. Swoistość kontekstu aminokwasowego (otaczającego serynę czy inny aminokwas) jest niewystarczająca- istnieją dotatkowe motywy zapewniające swoistość, niezwiązane z miejscem katalitycznym.
W rozpoznawaniu dodatkowych motywów aminokwasowych w obrębie fosforylowanego substratu wykształciły się dwa mechanizmy:
W kinazie oprócz części katalitycznej, która rozpoznaje fosforylowany motyw i przeprowadza reakcję, istnieje motyw rozpoznający inną domenę/ domeny w obrębie fosforylowanego substratu.
Przykład- domenowa struktura kinazy tyrozynowej. Białko wielodomenowe, ma dodatkową domenę globularną rozpoznającą inny motyw. Domeny SH2 i SH3 rozpoznają inne motywy w fosforylowanych białkach.
Druga strategia- mechanizm dokujący; w obrębie domeny katalitycznej wykształca się bruzda umożliwiająca dokowanie substratu, rozpoznająca motyw dokujący. Długość tego motywu to 3-10 aminokwasów.
Kinaza/fosfataza substrat
Strona aktywna motyw substratowy
Bruzda dokująca motyw dokujący
Domena globularna motyw domeny globularnej
Różne grupy kinaz wykształciły jeden lub drugi mechanizm, rzadko oba jednocześnie.
Domeny rozpoznawane przez substrat wśród kinaz białkowych i fosfataz białkowych.
Kinazy tyrozynowe najczęściej posiadają dodatkową domenę globularną natomiast kinazy serynowo-treoninowe najczęściej zwiększają specyficzność poprzez dodatkowe miejsce dokujące.
Jest to częściowo związane z tym, że kinazy tyrozynowe są ewolucyjnie późniejsze, a mechanizm zwiększania specyficzności substratowej powstawał na skutek różnych zdarzeń rekombinacyjnych w czasie.
Dla kinaz i fosfataz można wyprowadzić drzewa ewolucyjne obrazujące jak tworzyły się różne motywy dokujące.
Wykorzystanie motywów substratowych i dokujących do określania swoistości kinaz białkowych i fosfataz białkowych.
Obecność dodatkowych domen w sposób znaczący wpływa na swoistość. Substrat posiadający dwa różne motywy dokujące swoiste dla dwóch różnych kinaz, może być fosforylowany przez każdą z nich, a substrat tylko z jednym motywem dokującym jest rozpoznawany przez jedną kinazę.
Motywy mogą podlegać dodatkowym regulacjom. Czasem motyw rozpoznawany przez miejsce dokujące lub przez dodatkową domenę funkcjonuje tylko po dodatkowej modyfikacji np. fosforylacji.
Indukcja zmian konformacyjnych przez dokowanie- MAPK ERK2 ssaków
Dokowanie bez zmian konformacyjnych- Drożdżowa MAPK Fus3
Wykorzystanie motywów dokujących do regulacji allosterycznej kinaz białkowych i fosfataz- strategia rzadko wykorzystywana.
Miejsce dokujące substrat zwiększa specyficzność kinazy, ale może być jednocześnie miejscem allosterycznym, które wpływa na strukturę kinazy i wtedy zmienia jej aktywność. Przykład: MAPK- dołączenie substratu w miejscu allosterycznym sprawia, że aktywność enzymu wzrasta kilkukrotnie.
Miejsca dokujące i domeny globularne podlegają konkurencji.
Rozmieszczenie kinaz w poszczególnych kompartmentach komórki.
Istnieją białka, które mogą być substratami dla kinaz i można przeprowadzić z nimi reakcję w probówce, jednak w rzeczywistości taka reakcja nie zachodzi, bo białka się nie spotykają. Przykład: wiele kinaz tyrozynowych to białka błonowe, natomiast wiele białek, które mogły by być dla nich substratami znajduje się w jądrze i nie są przez nie fosforylowane, ze względu na rozdzielenie przestrzenne.
MODYFIKACJE BIAŁEK
metylacja
Metylacja lizyny i argininy. Metylazy przeprowadzające modyfikację czerpią grupy metylowe z S-adenozyno metioniny- SAM (kofaktor reakcji). Metylacja lizyny nie zmienia jej ładunku- nadal jest dodatni, natomiast w istotny sposób zmienia jej hydrofobowość. Może powstać metylo, dimetylo i trimetylolizyna. Metylacja argininy też może dotyczyć różnych miejsc, dimetyloarginina może być symetryczna lub asymetryczna w stosunku do grupy guanidynowej.
Metylacja lizyn histonów rdzeniowych
Najczęściej modyfikacjom ulegają zasadowe ogonki wychodzące z globularnych części. Tam występuje dużo lizyn i arginin. Metylacja zachodzi także np. w białku RAS i wielu innych.
Problemem jest usuwanie metylacji. Mechanizm demetylacji argininy w histonach- większa część metylowanej argininy jest zamieniana na cytrulinę, która nie jest aminokwasem naturalnie występującym w łańcuchach polipeptydowych więc jest usuwana, lub też cały histon zostaje usunięty.
glikozylacja
Polega na dołączeniu reszt cukrowych do asparaginy- najczęściej lub seryny. Powstaje wiązanie N-glikozydowe lub O- glikozydowe.
Jest to modyfikacja dość istotna, gdyż nie jest tylko lokalną zmianą w łańcuchu polipeptydowym, tak jak w przypadku fosforylacji, acetylacji czy metylacji (modyfikacje w obrębie jednego aminokwasu i w najbliższym jego otoczeniu). Tu dołączony zostaje długi łańcuch cukrowy- reszta hydrofilowa o wielkości porównywalnej do białka.
Wzory glikozylacji białek roślinnych i białek owadów- łańcuchy cukrowcowe są porozgałęziane. Ułożenie poszczególnych cukrów, decyduje o właściwościach, zdolnościach, odporności antygenowej. Istnieje określony wzór reszt curowcowych dla danego białka, a także dla stanu fizjologicznego. Z pośród białek ulegających glikozylacji można wyodrębnić istotną grupę białek znajdujących się w błonach komórkowych. Białka te tkwią resztą cukrowcową w błonie i wystają ponad łańcuchem polipeptydowym. Decydują o wielu właściwościach komórek, m.in. o właściwościach antygenowych- dołączony jest otwarty system antygenowy grupy krwi Ag0.
Wzory w glikozylacji białka są usystematyzowane- dzieli się białka np. ze względu na rdzeń cukrowcowy, który może być zbudowany tylko z mannozy, albo np. z mannozy i innych białek.
Wzory glikozylacji związane z inwazyjnością nowotworów
Białka, które tkwią w błonach mają zmieniony system glikozylacji w momencie kiedy przechodzą ze stanu normalnego do stanu nowotworzenia. Można wyróżnić wśród nich kilka dróg, które są charakterystyczne dla różnych stadiów nowotworzenia. Jest to pochodna zmian zachodzących w komórkach nowotworowych, ale jest to też ściśle związane z możliwością przerzutów.
Powstanie i dołączenie reszt cukrowcowych do glikoprotein
Proces złożony, donorem reszt cukrowcowych są UDP pochodne cukrów, tworzące łańcuchy policukrowcowe występujące w glikozylowanych białkach- glukoza, mannoza, galaktoza, N-acetyloglukozoamina, galaktozoamina. Z UDP- cukrów są stopniowo dołączane do alkoholu znajdującego się w błonie- dolicholu. Dołączenie zachodzi od strony cytozolowej komórki. W komórkach eukariotycznych glikozylacja zachodzi głównie w reticulum endoplazmatycznym i częściowo w aparacie Golgiego. W pewnym momencie następuje przemieszczenie dolicholu z resztami cukrowymi do światła reticulum endoplazmatycznego, łańcuch cukrowcowy jest rozbudowywany. Białka są syntetyzowane na zewnątrz i transportowane do środka reticulum, wówczas reszty cukrowcowe są przenoszone z dolicholu na np. asparaginę czy serynę.
Łańcuchy cukrowcowe ulegają różnym zmianom, nie tylko dołączane są kolejne reszty, ale także mogą być odłączane. Glikozylacja jest jedyną modyfikacją potranslacyjna zachodzącą przed ostatecznym sfałdowaniem białka. (W przypadku fosforylacji czy metylacji modyfikacja zachodzi na dojrzałym sfałdowanym białku). Ponadto reszty cukrowcowe są konieczne aby te białka prawidłowo fałdowały. Chaperoniny znajdujące się w reticulum endoplazmatycznym rozpoznają czy struktura jest właściwa i sygnałem, że białko jest sfałdowane i gotowe do przeniesienia z reticulum do innego kompartmentu jest ostatecznie odłączenie jednej z cząsteczek glukozy z łańcucha cukrowcowego.
Jeżeli łańcuch cukrowcowy nie jest dobrze zbudowany, wtedy chaperony odsyłają takie białko znajdujące się wewnątrz reticulum endoplazmatycznego do dalszej glikozylacji.
Grupa modyfikacji, dla których wzorem jest dołączanie ubikwityny.
Kolejna modyfikacja z dołączaniem stosunkowo dużej cząsteczki. Ubikwityna- białko globularne, 76 aminokwasów, dołączane najczęściej do epsilon aminowej grupy lizyny wiązaniem izopeptydowym (jak peptydowe tylko że pomiędzy aminokwasem z białka substratowego i c końcową glicyną na końcu ubikwityny).
Do ubikwityny podobną strukturę i podobne mechanizmy dołączania do łańcuchów polipeptydowych mają: SUMO- sumoilacja, Nedd- nedylacja. Choć podobieństwo na poziomie aminokwasowym może być niewielkie.
Sc-Ub- ubikwityna drożdżowa, Hs-Ub-ludzka; wysoka homologia. Białka SUMO- niska homologia ok. 17% (względem ubikwityny).
1)Ubikwitynacja
Ubikwityna jest produkowana najczęściej w postaci prekursora, sama ulega obróbce proteolitycznej, podczas której odsłania się c końcowa glicyna tworząca wiązanie izopeptydowe. Wytworzenie tego wiązania wymaga energii z ATP- zużywane są 2 wiązania wysokoenergetyczne. W dołączaniu ubikwityny biorą udział 3 enzymy.
Pierwszy enzym E1- aktywuje ubikwitynę- aktywna jest dołączana do grupy SH cysteiny (powszechny sposób aktywacji grup acylowych).
Drugi enzym E2- na niego przenoszona jest zaktywowana ubikwityna. Następnie możliwe są dwie drogi:
Enzym trzeci E3- dwa enzymy o charakterze ligaz ubikwitynowych (ubikwitynylowych).
Pierwsza droga- ligazy z domeną HECT, która przenosi ubikwitynę na cysteinę E3, a dopiero później na substrat.
Druga droga- ligazy z domeną RING, brak przeniesienia aktywnej ubikwityny na E3, bezpośrednio jest przenoszona na substrat.
Funkcjonują enzymy odpowiedzialne za swoistość ubikwitynylacji. Rozpoznają aktywną ubikwitynę i substrat, który ma być ubikwitynylowany.
Ubikwityna ulega recyklingowi- są enzymy przeprowadzające deubikwitynylację i ubikwityna może być ponownie użyta do modyfikacji.
Ubikwitynacja i degradacja w proteasomie (kilka lat temu- Nobel za ten mechanizm naznaczania białek).
Funkcje ubikwitynylacji mogą być różne- najbardziej znaną jest naznaczanie białek do degradacji. Ubikwitynylowane białka są kierowane do proteasomu, znajdującego się w cytoplazmie. Proteasom rozpoznaje ubikwitynylowane białka, wciąga je do środka i trawi, wcześniej ubikwityna jest odcinana do ponownego wykorzystania.
Oznaczanie białek do degradacji jest procesem bardzo swoistym, ograniczonym wieloma restrykcjami:
Aby białko było skierowane do degradacji musi być poliubikwitynylowane- dołączone przynajmniej 4 cząsteczki ubikwityny, tworząc łańcuch.
W obrębie białka mogą być ubikwitynylowane różne grupy lizynowe, ale tylko naznaczenie 2 z nich kieruje białko do degradacji.
Udział ubiwitynylacji w regulacji transkrypcji:
Ubikwitynylacja w różny sposób może wpływać na procesy transkrypcji-
regulacja przez naznaczanie białka do degradacji w proteasomie
regulacja przez naznaczanie białkowego inhibitora do degradacji
ubikwityna może być także dołączona do białka w inny sposób- nie jako poczwórny łańcuszek tylko jako pojedyncza modyfikacja.
Może być też dołączona w innym miejscu. Np. nie do ekwinolizyny, ale np. do heksoaminourotymidyny, albo do aminowej grupy znajdującej się na N końcu łańcucha polipeptydowego. Wtedy białko nie jest degradowane, ale pojawia się kolejna płaszczyzna do oddziaływania z innymi białkami, co także może być sposobem regulacji. Np. białko z dołączoną ubikwityną może utworzyć kompleks z innymi białkami i zyskuje zdolność aktywacji polimerazy II RNA.
Istnieją specjalne domeny rozpoznające reszty ubikwityny.
2)Sumoilacja
SUMO- small ubiquitin related modifier
Białka SUMO (SUMO 1) mają bardzo podobną strukturę do ubikwityny- ten sam motyw, ale homologia na poziomie aminokwasowym nie jest duża.
Mechanizm sumoilacji, jest praktycznie taki sam jak w przypadku ubikwitynylacji. Także trzy enzymy: E1- aktywujący, E2- przenoszący, E3- o charakterze ligazy która rozpoznaje substrat i przenosi na niego zaktywowaną cząsteczkę SUMO.
Sumoilacja dotyczy dużej części białek znajdujących się w jądrze komórkowym. Są to białka o charakterze czynników transkrypcyjnych albo związane z obróbką DNA.
Reakcje sumoilacji często polegają na wprowadzeniu łańcucha zbudowanego z kilku cząsteczek SUMO, co generuje powstawanie nowych płaszczyzn oddziaływania z innymi białkami.
Sumoilacja pojawia się często w różnych stresowych procesach zachodzących w komórce. Przykład: wiele czynników powodujących totalne zahamowanie transkrypcji prowadzi do przemieszczania się białek pomiędzy jąderkiem a nukleoplazmą w obrębie jądra komórkowego, wówczas liczne z tych białek podlegają jednocześnie sumoilacji.
Acylacja i prenylacja
Dołączenie do łańcucha polipeptydowego albo reszt acylowych kwasów tłuszczowych, albo reszt prenylowych. Dołączanie długiej cząsteczki o charakterze hydrofobowym, służy do kotwiczenia białek w błonach. Modyfikacje tego typu zachodzą w białkach globularnych, o charakterze hydrofilowym. Np. białko RAS jest zakotwiczone przy pomocy dwóch dołączonych grup gyranylowych.
Często obecność jednej modyfikacji w białku jest niewystarczająca aby zakotwiczyć je w błonie, więc obecne są dodatkowe mechanizmy np. oddziaływanie z kwaśnymi fosfolipidami przy pomocy zasadowej części znajdującej się w białku, oddziaływanie z innym białkiem znajdującym się w błonie. Mogą też zajść dwie modyfikacje.
Regulacja kotwiczenia białek w błonie:
Hydrofobowy ogonek dołączony do białka ukryty wewnątrz części hydrofilowej, pojawia się gdy białko znajduje się w pobliżu błony.
mechanizm kotwiczenia współdziałający z ładunkiem- kotwiczenie może być znoszone przez fosforylację.
Przez obróbkę proteolityczną może być usuwany fragment służący do kotwiczenia.
Modyfikacje rzadko występujące:
Dołączanie grup sulfonowych
Istnieją białka z możliwością utworzenia reszt fosforanowych przez seryny, tyrozyny itreoniny, jak również białka mogące tworzyć estry siarczkowe. Donorem reszt sulfonowych jest PAPS- 3' fosfoadenozyno 5' fosfosulfonian, działa na takiej samej zasadzie jak ATP dostarcza reszt fosforanowych. Sulfonowane są np. grupy OH w gastrynie (białko sekrecyjne w żołądku).
Jodynacja
Jodowanie tyrozyny w białkach tarczycy.
Język białek
1) Jest to związane z faktem istnienia białek mających bardzo wiele modyfikacji, które mogą powodować różne efekty.
Przykłady:
histony (np. modyfikacje w pierwszych 36 aminokwasach histonu H3): miejsca fosforylacji ( np. grupy serynowe), matelacji (głównie zasadowych części- pojedyncze, podwójne), acylacji, ubiwitynylacji. Sczególnie w ogonkach histonowych znajdujących się poza częścią globularną- dużo modyfikacji, położone blisko siebie.
C- końcowa domena polimerazy RNA II- zestaw kilku aminokwasów, który powtarza się w łańcuchu polipeptydowym kilkadziesiąt razy, kilka miejsc fosforylacji, ale powodują zupełnie inne efekty; fosforylacja seryny 2- odpowiedzialna za obróbkę RNA, a fosforylacja seryny 5- rozpoznawanie części promotorowych w cząsteczce DNA. Funkcje te są nabywane przez cząsteczkę w momencie modyfikacji.
Białko p53- głównie fosforylacje, również dające różny efekt w zależności od miejsca modyfikacji. Dzięki modyfikacjom p53 może się komunikować z innymi białkami i zyskuje stabilność struktury, co jest bardzo istotne dla funkcjonowania komórki.
Zależne od modyfikacji rozpoznawanie modułów białkowych- receptor PDGF
Modyfikacje wpływają na możliwość oddziaływania białka z innymi domenami. Białko- receptor PDGF ma domenę transbłonową, która wystaje na zewnątrz, ale ma też domenę cytoplazmatyczną bogatą w tyrozyny, których fosforylacja umożliwia oddziaływanie tej domenie i tworzenie kompleksów z innymi domenami np. HP.
Kooperatywność rozpoznawania swoistych modyfikacji
Różne możliwości mogą wynikać z tego, że modyfikacje zachodzą np. w jednym lub w dwóch miejscach. Gdy modyfikacja zachodzi w jednym miejscu to białko oddziałuje tylko z jedną domeną kowalencyjnie ze sobą połączonego białka. Białko może oddziaływać z dwiema domenami, także pochodzącymi z różnych białek. Dzięki tym oddziaływaniom białka mogą agregować, modyfikacje mogą zwiększać siłę oddziaływania, jak też mogą konkurować ze sobą o to oddziaływanie.
2) kompetycyjne modyfikacje białek
Modyfikacje wzajemnie na siebie wpływają albo mogą się wykluczać.
Przykłady: modyfikacje zachodzące niejednocześnie: seryna- może być fosforylowana lub glikozylowana, grupa OH może być fosforylowana lub modyfikowana w inny sposób, kwaśna grupa- podlega metylacji lub glikozylacji. Najbardziej powszechnym przykładem konkurencji jest modyfikacja grup aminowych w lizynie- mogą podlegać metylacji, sumoilacji albo ubikwitynylacji.
Efekty mogą być bardziej złożone- aminokwasy leżące obok siebie mogą wpływać wzajemnie na zachodzące na nich modyfikacje.
Kompetycje modyfikacji histonów
Przykład- w histonie H3 fosforylacja seryny 10 (wprowadzenie dodatkowego silnego ładunku) likwiduje możliwość metylacji lizyny 9. Dodatnie i ujemne korelacje dotyczą większej liczby grup w histonach H3 i H4.
Przełączniki molekularne bliskiego sąsiedztwa
Dzięki istnieniu takiego wpływu modyfikacje miejsc, które nie są bezpośrednio miejscami oddziaływania z różnymi domenami, mogą wzajemnie na siebie wpływać, np. białko p53- fosforylacja miejsca dalekiego od miejsca oddziaływania z bromodomeną powoduje, że to oddziaływanie z bromodomeną wymaga acetylacji jednej z lizyn. Fosforylacja w sposób pozytywny wpływa na oddziaływanie z bromodomeną.
Cdc 25C- fosforylacja seryny 214 negatywnie wpływa na możliwość fosforylacji seryny 210, a więc także negatywnie na oddziaływanie z białkiem 14 33.
Efekty dalekiego sasiedztwa
Znajdujące się w obrębie jednego białka ale dalej położone części mają wpływ na modyfikacje w innej części. Cdc 25C część o aktywności fosfatazy usuwa reszty fosforanowe z N-końcowej części.
Modyfikacje tworzą strukturę służącą do przekazywania informacji pozagenetycznej. Informacja oparta na dopływie sygnałów z zewnątrz, które najczęściej wpływają na modyfikacje (na pewno wpływają na fosforylację).
Zwijanie- fałdowanie białek
Informacja o przestrzennej budowie białek jest zawarta w jej strukturze aminokwasowej. Są dwa poziomy przekazywania informacji- liniowy i trójwymiarowy, który jest jego prostą pochodną.
Przyjmowanie natywnej struktury przez białko.
Zwijaniu się białek towarzyszą dodatkowe elementy, które wpływają na ostateczną strukturę białka- łączenie kofaktorów ( np. w hemoglobinie), modyfikacje potranslacyjne, inne łańcuchy polipeptydowe, które po dołączeniu tworzą ostateczną strukturę funkcjonalnego białka.
Zwijanie białek jest napędzane przez zmiany energii swobodnej.
W komórce występuje „efekt zatłoczenia” białkami, zajmują dużą objętość rozpuszczalnika. Zajmowanie co raz mniejszej objętości cząsteczki białka podczas zwijania jest termodynamicznie preferowane, agregacja- niekorzystna.
Zwijanie białek w środowisku wodnym.
Główna siła napędowa podczas zwijania się białek globularnych- dążenie do ukrycia hydrofobowych podstawników wewnątrz struktury. Łańcuchy polipeptydowe trudno zwija się w komórce, ze względu na obecność innych białek, a przede wszystkim białek, które nie zostały jeszcze sfałdowane. Wiele niesfałdowanych łańcuchów polipeptydowych łatwo agreguje ze sobą aby zminimalizować kontakt reszt hydrofobowych z rozpuszczalnikiem, białka te nie zostaną już sfałdowane, a utworzone agregaty są szkodliwe dla komórki.
Zmiana profilu syntetyzowanych białek pod wpływem szoku cieplnego.
Komórka posiada białkową obudowę do fałdowania.
Mniejsza część tej obudowy to enzymy- katalizatory fałdowania.
Izomeraza disiarczkowa- powoduje tasowanie się mostków disiarczkowych powstających podczas fałdowania. Białka, które mają więcej niż jedną grupę cysteinową, znajdujące się w środowisku utleniającym, tworzą mostki disiarczkowe- co jest bardzo istotne podczas fałdowania. Tworzenie i rozpadanie się mostków disiarczkowych zachodzi spontanicznie.
Izomeraza peptydylo prolinowa- wiązanie peptydowe przy prolinie może przyjmować konformacje cis lub trans i przejście z jednej konformacji do drugiej wymaga aktywności izomerazy.
aparat glikolizujący- bywa zaliczany do katalizatorów gdyż glikozylacja jest konieczna do prawidłowego sfałdowania białka.
Białka nie katalizujące reakcji, ale zaangażowane w ułatwianie fałdowania- białka opiekuńcze: chaperony i chaperoniny. Pełnią różne funkcje w komórce, są syntetyzowane po przeniesieniu komórki do wyższej temperatury, pojawiają się wtedy w większej ilości, co widać na elektroforogramie. U eukariota funkcjonuje system polegający na obecności czynnika transkrypcyjnego związanego z białkami szoku cieplnego, który w warunkach stresowych ulega trimeryzacji i uruchamia ich syntezę.
Białka opiekuńcze powstają także przy innych niż cieplny rodzajach szoku- wywołany obecnością metali ciężkich, etanolu.
W normalnych warunkach również występują w komórce, tylko w mniejszych ilościach.
Trzy główne grupy heat shock proteins (nazwa- pochodna od ruchliwości elektroforetycznej białek i masy cząsteczkowej):
Hsp70 - typowe chaperony, rozpoznają peptyd i łączą się z nim.
W komórkach bakteryjnych: DnaK, DnaJ; u drożdży: Ssb1, Ssb2
Funkcje:
- Funkcja ochronna
rozpoznają krótki, hydrofobowy fragment liniowego łańcucha polipeptydowego, który jest przyłączany do Hsp70 i w ten sposób chroniony przed agregacją z innymi białkami.
-Aktywna pomoc w fałdowaniu białek
-Funkcja transportowa
w komórkach eukariotycznych Hsp70 biorą udział w transporcie łańcuchów polipeptydowych z miejsca syntezy do odpowiednich organelli.
Struktura (bakteryjnego) Hsp70:
Wszystkie te białka mają domenę wiążącą ATP, część wiążącą peptyd- bruzda dokująca.
Mechanizm działania
Niesfałdowane łańcuchy polipeptydowe dołączają się do Hsp70, dzięki temu ,że są odłączone od innych niesfałdowanych białek, mogą zostać sfałdowane, albo gdzieś przetransportowane. Złożony mechanizm, biorą w nim udział inne białka- DnaJ- dołączanie peptydu do Hsp70, białko GrpE- powoduje odłączanie peptydu od Hsp70.
Eukariota
Białka Hsp70 np. białko Hop czy Bag mogą też przekazywać niesfałdowany peptyd do innej grupy białek opiekuńczych- Hsp60
Hsp60 - Chaperoniny. GroEL GroES (bakterie); CCT TriC (drożdże)
Funkcjonują na innej zasadzie niż Hsp70, tworzą maszyny białkowe- duże struktury.
Budowa:
Kompleks GroEL-GroES w komórkach bakteryjnych, zbudowany z dwóch beczułek, każda z nich z siedmiu łańcuchów polipeptydowych (część środkowa, apikalna i ramię), od góry dziura. Układ tworzy klatkę- klatka Anfinsena. W jednej chaperoninie są dwie klatki i 2x7 łańcuchów (cylinder z wnęką od góry i od dołu). Możliwe są dwie konformacje- z mniejszą objętością klatki Anfinsena i z większą. Zmiana konformacji jest związana z hydrolizą ATP (każdy z 7 łańcuchów ma domenę wiążącą ATP). GroEL- L jest dużą częścią chaperoniny, mała część to czapeczka- S.
Mechanizm działania:
Niesfałdowany łańcuch wchodzi do chaperoniny, zostaje przykryty czapeczką od góry i ma „ 20 sekund samotności na sfałdowanie”, w trakcie których chaperonina zmienia konformację. Dobre warunki do fałdowania- odizolowanie od innych białek, hydrofilowe otoczenie. Mechanizm określany jako silnik dwutaktowy (może funkcjonować obustronnie)- z jednej strony wchodzi łańcuch polipeptydowy, dołącza się do niego czapeczka i ATP, fałduje, z drugiej strony może wejść drugi łańcuch i dołączenie do niego czapeczki powoduje wyrzucenie łańcucha z pierwszej strony.
Wirusy- mają mechanizm przestawiania komórki na produkcję białek wirusowych. Jedno z pierwszych białek syntetyzowanych to Grp31- zastępuje czapeczkę, ma swoistość dla białek wirusowych.
Swoistość:
Chaperoniny są mało swoiste- uważano, że swoistość dla białek bakteryjnych jest zerowa (co sugeruje nazwa „klatka”).
Wielkość klatki Anfinsena ogranicza wielkość białek, które mogą do niej wejść. Ograniczeniem jest także skład aminokwasowy tworzący wnętrze klatki- przewaga kwaśnych podstawników.
W jaki sposób chaperoniny ekstrahują białka źle sfałdowane z komórki? Do chaperoniny wchodzi niesfałdowane białko- swoistość dotyczy części apikalnej łańcuchów peptydowych, mimo, że wnętrze klatki jest hydrofilowe, jej część apikalna jest hydrofobowa- ma powinowactwo do łańcuchów polipeptydowych, które mają na zewnątrz dużo reszt hydrofobowych. Łańcuchy są wyłapywane na górze i wciskane do środka przez czapeczkę, która również jest hydrofobowa.
Eukariotyczne chaperoniny
Funkcjonują tak samo jak prokariotyczne. Różnice w budowie- zbudowane z 8-9 łańcuchów polipeptydowych, nie mają czapeczki, ale mają strukturę spełniającą jej funkcję, mają bardziej zaznaczoną swoistość w stosunku do substratów.
Hsp90 duża grupa, najmniej poznana, biorą udział w fałdowaniu niewielkiej liczby białek.
Budowa:
Dimery złożone z trzech domen
N- domena wiążąca ATP
C- homodomena wiążąca substrat
M- domena dimeryzacyjna- powoduje, że dwa łańcuchy Hsp90 łączą się.
Sposób działania:
Dimer dołącza białko, hydroliza ATP w domenie N-końcowej powoduje przekształcanie.
Funkcjonowanie Hsp90- tak jak w przypadku Hsp70, Hsp60 - jest grupa białek towarzyszących- pomagają w dostarczaniu substratu do wnętrza Hsp90; białka p23- otwarcie dimeru i uwolnienie sfałdowanego substratu.
Zasada funkcjonowania przypomina Hsp60- zamkniecie fałdowanego białka w przestrzeni, jednak generowane są mniejsze zmiany konformacyjne. Zazwyczaj substratem jest już dość dobrze sfałdowane białko, które wymaga drobnych zmian w strukturze przestrzennej.
Swoistość:
Swoistość Hsp90 w komórkach nowotworowych jest trochę większa niż w niezmienionych komórkach. Miejsce docelowe dla geldanamycyny- lek przeciwnowotworowy.
Udział Hsp90 w różnych szlakach przekazywania sygnału
Hsp90 biorą udział w fałdowaniu białek sygnałowych:
receptor hormonu steroidowego
receptor ektyzonu
HSF1- białko szoku cieplnego
Uwagi:
Na pomarańczowo- wątpliwości