27

Реферат на тему "ШАПЕРОНЫ" -подготовила студентка 1 курса магистратуры Замошкина Анна Дмитриевна.

Содержание

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ФОЛДИНГЕ , ШАПЕРОНАХ И ИХ РОЛИ.

1.Фолдинг.

2. Классификации шаперонов

3. Роль шаперонов в защите белков клеток от денатурирующих стрессовых воздействий

4. Болезни, связанные с нарушением фолдинга белков

5. Болезнь Альцхаймера (Альцгеймера).

6. Прионовые болезни

II. РОЛЬ ШАПЕРОНОВ В ПАТОГЕНЕЗЕ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ И КАРДИОПРОТЕКЦИИ

1.Краткая историография вопроса

2.Описание типов стрессорного фактора.

3.Семейства белков теплового шока и их функции.

4.Шапероновые машины

5.Судьба белков в клетке.

6.Регуляция транскрипции генов шаперонов

7.Работа шаперонов во время стресса.

8.Экспрессия шаперонов в сердце.

9.Шапероны и процессы старения

10.Роль шаперонов в атеросклерозе.

11. Шапероны плазмы и аутоантитела.

12.Шапероны, защита миокарда, сосудов и противостояние повреждению.

13. Белки теплового шока в остром инфаркте миокарда.

Дальнейшие перспективы

1.Фолдинг.

Формирование трёхмерной структуры белков (фолдинг) - важнейший биологический процесс, так как от пространственной структуры белков зависит их биологическая функция. Индивидуальные белки, продукты одного гена, имеют идентичную аминокислотную последовательность и приобретают в одинаковых условиях клетки одинаковую конформацию и функцию. Это положение подтверждается способностью некоторых белков после денатурации (при которой происходит разрыв слабых связей, но не повреждается первичная структура белков) спонтанно восстанавливать свою уникальную конформацию и функцию.

Формирование пространственной структуры белка - самопроизвольный процесс, при котором белок стремится принять в данных условиях конформацию с наименьшей свободной энергией. Изменение условий окружающей среды или изменение первичной структуры данного белка могут привести к изменению его конформации и функции. В клетке концентрация белков настолько высока, что существует большая вероятность взаимодействия белков с несформированной конформацией. На их поверхности располагаются гидрофобные радикалы, склонные к объединению. На время формирования нативной конформации реакционно-способные аминокислотные остатки одних белков должны быть отделены от таких же групп других белков. Поэтому для многих белков, имеющих высокую молекулярную массу и сложную пространственную структуру, фолдинг протекает при участии специальной группы белков, которые называют "шапероны" (от франц. shaperon — няня).

Термин «молекулярный шаперон» впервые был использован в 1978 году в работе Рона Ласкей, профессора эмбриологии из Кембриджского Университета при описании ядерного белка нуклеоплазмина, способного предотвращать агрегирование белков-гистонов с ДНК при образовании нуклеосом. Шапероны есть во всех живых организмах, и механизм их действия, нековалентное присоединение к белкам и их «расплетение» с использованием энергии гидролиза АТФ

Многие шапероны являются белками теплового шока, то есть белками, экспрессия которых начинается в ответ на рост температуры или другие клеточные стрессы. Тепло сильно влияет на фолдинг белка, а некоторые шапероны участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за неправильного сворачивания белков. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданных белков в тот момент, когда они «вытягиваются» из рибосомы. И хотя большинство только что синтезированных белков могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторому меньшинству обязательно требуется их присутствие.

Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот. Шапероны (chaperone)-это специфические белки, которые обеспечивают правильное сворачивание полипептидных цепей белков в клетках эукариот. Укладка мультибелковых комплексов также осуществляется шаперонами

Шапероны представлены семействами, состоящими из гомологичных по строению и функциям белков, которые отличаются по характеру экспрессии и присутствию в разных компартментах клетки. Например, Hsp70 (сокращение от heat shock protein), Hsp60, Hsp90, Hsp100 и их кошапероны (белки, помогающие шаперонам осуществлять свою функцию более эффективно), а также гомологичные им белки, например белок, связывающийся с тяжелой цепью иммуноглобулинов ( BiP). Шапероном является также ядерный нуклеоплазмин , обеспечивающий сборку нуклеосом.

Основные шапероны млекопитающих и дрожжей структурно и функционально очень похожи между собой.

Шапероны разных семейств могут функционировать в разных компартментах клетки. Например, существуют различные члены семейства Hsp70, работающие в цитоплазме, митохондриях, хлоропластах и в эндоплазматическом ретикулуме. Для функционирования всех шаперонов требуется гидролиз ATP .

Существует четыре типа молекул, которые играют роль шаперонов.

1. Молекулы, обеспечивающие правильный фолдинг белков (фолдинг-шапероны — folding chaperones).

2. Молекулы, созданные для удержания частично свернутой молекулы белка в определенном положении. Это необходимо, чтобы система имела возможность закончить фолдинг (удерживающие шапероны — holding chaperones).

3. Шапероны, разворачивающие белки с неправильной формой (дезагрегирующие шапероны — disaggregating chaperones).

4. Шапероны, сопровождающие белки, транспортируемые через клеточную мембрану (секреторные шапероны — secretory chaperons).

Шапероны помогают белку принять правильную конформацию. Многие из них являются небольшими сахарами или пептидами. Представьте себе сборочную линию на производстве. Пока изделие перемещается по сборочной линии, вы можете вставлять в него некоторые временные приспособления, например скобы и заклепки, чтобы поддерживать определенную форму на протяжении нескольких этапов сборки. По окончании этих этапов удерживающие устройства можно удалить. На следующих этапах сборки вам могут понадобиться дополнительные удерживающие приспособления, которые будут удалены на выходе готового изделия. Небольшие по размеру молекулы фолдинг-шаперонов выступают в роли скоб и заклепок в сборочной линии, поддерживая изделие в правильной конфигурации, необходимой для завершения следующего этапа.

В водной среде клетки гидрофобные поверхности белка стремятся оказаться внутри белковой молекулы, выставляя гидрофильные участки наружу, где они могут взаимодействовать с молекулами воды. Функция небольших молекул фолдинг-шаперонов заключается во взаимодействии с гидрофобными поверхностями белка, заряжая их или, напротив, прикрывая заряженные области, что позволяет белку принять правильную форму. Путем добавления и удаления этих молекул клетка определяет, когда и каким образом гидрофобный участок белка окажется внутри белковой молекулы. Тем самым определяется форма белка.

Удерживающие шапероны связываются с белками, играя роль своеобразного резервуара этих белков до тех пор, пока фолдинг-шапероны не освобождаются и не начинают работу с этими белками. Удерживающие шапероны поддерживают белки в условиях химического и теплового напряжения до тех пор, пока условия внутри клетки не станут более благоприятными для правильного фолдинга белка. Это один из механизмов, который использует клетка для предотвращения неправильного фолдинга.

Другой механизм связан с функционированием дезагрегирующих шаперонов. Дезагрегирующие шапероны осуществляют рефолдинг белков, фолдинг которых был выполнен неправильно. Они осуществляют в клетке важную контролирующую функцию по сбору и утилизации вторичного сырья.

Несмотря на существование этих механизмов, определенный процент клеточных белков все же попадает в мусорную кучу, то есть образует нерастворимые включения. Включения видны в клетке в виде небольших плотных скоплений.

Одна из характерных черт шаперонов, заключается в том, что они являются относительно неспецифичными. Иными словами, молекула шаперона будет осуществлять фолдинг более чем одного белка. Исходя из универсальной природы шаперонов, можно вводить различные шапероны в биоинженерную систему и влиять на правильный фолдинг белка в среде, где он бы иначе не происходил. Создание специализированных шаперонов, ответственных за фолдинг рекомбинантных (биоинженерных) белков, — очень активно развивающаяся область биоинженерных исследований.

Белок можно подвергнуть фолдингу более одного раза. Представим себе белок, который предназначен для поступления в клеточную мембрану, то есть представляет собой интегральный мембранный белок. Белок образуется в цитоплазме клетки, а затем транспортируется по направлению к плазматической мембране. Такие белки проходят сквозь мембрану, закрепляются в ней и формируют на ее поверхности рецепторную структуру. Для транспорта белка может быть необходима одна его конформация, в то время как непосредственно перед встраиванием в мембрану белок подвергается рефолдингу.

В периплазматическом пространстве, то есть в пространстве между мембраной и оболочкой бактериальной клетки, находятся шапероны, обеспечивающие фолдинг и встраивание в мембрану интегральных мембранных белков. В эукариотических клетках большинство из посттрансляционных изменений белков направлено на их экспорт и встраивание внутрь плазматической мембраны. Такие модификации белков происходят в люмене эндоплазматического ретикулума и аппарате Гольджи. Эти органеллы предназначены для хранения и видоизменения белков.

В секреции белков из клетки участвует другая контролирующая система, которая включает секреторные шапероны. Секреторные шапероны узнают сигнальную последовательность аминокислот, которую соответственно называют секреторной последовательностью. Эта последовательность связывается с секреторным шапероном, шаперон поступает внутрь мембраны, обеспечивая экспорт белка вместе с собой