3.4.3.4. Відношення фолдинга до трансляції

Відомий біохімік А. С. Спірін відстоює уявлення про ко-трансляційному згортання білків. Згідно з ним, фолдинг поліпептидного ланцюга відбувається у міру його зростання на рибосомі в напрямі від N - до С-кінця.

Як доказ приводяться три експериментальних факти.

а) Фермент (протеїндисульфідизомераза, або ПДІ; п. 3.5.2.1), що каталізує переміщення в новосинтезованих білках дисульфідних зв'язків, для правильного замикання цих зв'язків має бути присутнім під час трансляції.

Якщо його додати в білоксинтезовану суміш, in vitro, пізніше, біля білку опиняється неправильна структура і він позбавлений активності. Це продемонстровано на прикладі одного з ланцюгів імуноглобуліну.

б) При синтезі білкових субодиниць гемоглобіну вони набувають здатність зв'язувати гем ще до закінчення трансляції після досягнення приблизно двох третин своєї повної довжини.

Отже, гем-зв’язуючий центр формується під час трансляції.

в) Фермент світляків люцифераза після денатурації відновлює свою активність дуже довго. В той же час він буде активним відразу після утворення на рибосомі. Значить, і в цьому випадку фолдинг стався під час трансляції.

Поки важко сказати, чи не допускають ці результати якоїсь іншої інтерпретації, а якщо ні, то наскільки вони є загальними.

Ймовірніше, що для одних білків фолдинг, дійсно, є тільки ко-трансляційним, а для інших - і ко-, і пост-трансляційним процесом.

3.5. Чинники фолдинга

3.5.1. Відкриття чинників фолдинга

На відміну від тільки що описаних експериментальних підходів А.С. Спіріна, в більшості випадків фолдинг білків вивчають in vitro не в тісному зв'язку з трансляцією, а приблизно так, як це робив Анфінсен (п. 3.4.2.1). Тобто за допомогою спеціальних агентів спочатку руйнують нативну структуру білку (інакше кажучи, викликають його денатурацію), а потім спостерігають за відновленням початкової структури (за ренатурацією, або рефолдингом). Про стан білку судять за допомогою різних спектральних методів, а також по його функціональній активності.

Подібні експерименти показали: повторити результати Анфінсена, отримані для рибонуклеази, вдається лише для таких же, як вона, невеликих білків.

У разі ж більших білків денатурація часто супроводжується агрегацією білку, а мимовільний рефолдинг якщо і відбувається, то дуже повільно і з дуже невеликим відсотком виходу.

В той же час виявилось, що додавання в середовище деяких білкових фракцій клітини значно полегшує рефолдинг денатурованих білків. Звідси і виникло уявлення про допоміжних білок (чи чинників) фолдинга.

Потім було виявлено, що ці чинники можна розділити на дві групи.

а) Перша група - це білки з каталітичною активністю, тобто ферменти фолдинга, або фолдази. Поки виявлено тільки два такі білки. Як і інші ферменти, вони вимагаються лише в каталітичних кількостях, тобто в концентраціях, на порядки менших, ніж у "обслуговуваних" ними білків.

б) Друга група - т. з. молекулярні шаперони. Вважають, що сюди входять білки з самими різними механізмами дії. Об'єднують же їх наступні дві обставини:

• вони вимагаються в кількостях, близьких до стехіометричним, тобто порівнянних за величиною з концентрацією білків, які згортаються; незважаючи на це,

• вони, як і фолдази, не входять до складу кінцевих продуктів фолдинга, якими б складними олігомерними утвореннями ці продукти не були.

Показово у зв'язку з цим початкове значення слова "шаперон" в англійській мові: це літня пані, яка супроводжує молоду дівчину на балах.

Аналогічно і молекулярні шаперони: сприяючи правильному фолдингу, вони як би уперше виводять "у світло" новосинтезовані білки, але самі потім ніякої самостійної ролі, як правило, не відіграють.

Тепер розглянемо фолдази і шаперони детальніше.