3.5.2.2. Пептидилпролілізомераза
Серед 20 амінокислот, що зазвичай зустрічаються в білках, є одна, яка амінокислотою, по суті, не є. Це пролін (а також продукт його гідроксилювання - гідроксипролін). Його радикал пов'язаний не лише з Сα-вуглецевим атомом, але і з азотом (мал.); тому виходить не аміно-, а імінокислота.
Ця обставина позначається на просторовій конфігурації пептидного ланцюга в місці вмісту Про. Як відмічалось в п. 3.4.1.2, тут не утворюється ні α-спіралі, ні β-структури, і пептидний ланцюг часто робить вигин в ту або іншу сторону.
Причому можливість вигину визначається тим, як розташовані радикал сусідньої амінокислоти і радикал проліну відносно площини, яка відповідає пептидному зв'язку.
Говорять, що ці радикали знаходяться в транс-конфігурації, якщо розташовані по різні сторони вказаної площині, і в цис-конфігурації, якщо знаходяться з одного боку.
У відсутність різкого вигину пептидного ланцюга транс-конфігурація є прийнятнішою, оскільки при ній сусідні радикали не "заважають" один одному.
У разі ж вигину за принципом "поворот на себе" (т е. майже на 180º) часто більш оптимальною стає цис-конфігурація, коли обидва сусідні радикали виявляються із зовнішньої сторони вигину.
Звідси сенс існування другого ферменту фолдинга - пептидилпроліл-цис-трансізомерази (ППІ). Цей фермент каталізує перехід радикалів в області пептидного зв'язку проліну з транс-конфігурації в цис-конфигурацію і назад.
Очевидно, при цьому відбувається тимчасовий розрив цього пептидного зв'язку, чому стає можливим поворот навколо її площини; після ж повороту зв'язок знову замикається.
Таким чином, завдяки ППІ пептидний зв'язок дістає можливість робити в області знаходження залишку проліну такі вигини, які призводять до найбільш оптимальної просторової структурі.
3.5.3. Шаперони
3.5.3.1. Функції шаперонів
Якщо конкретні функції двох фолдаз досить ясні, то відносно шаперонів такої однозначності немає.
Функції, приписувані шаперонам, дуже широкі.
1) Передусім, це, звичайно, забезпечення правильного фолдинга новоутворених білків.
У цій функції є декілька аспектів.
а) Так, до того, як більшість гідрофобних амінокислотних радикалів піде всередину білкової частки, вони можуть вступити у взаємодію з аналогічними радикалами інших пептидних ланцюгів. Інакше кажучи, до закінчення фолдинга можлива агрегація новосинтезованих білкових молекул.
Якщо це відбулося,то така агрегація і перешкодила б подальшому фолдингу цих молекул, і створила б непотрібний баласт в клітині.
Попередження агрегації нових білків, тобто попередження "неправильних" зовнішніх взаємодій в ході фолдинга - одне з найважливіших завдань шаперонів.
б) Інше зв'язане завдання - попередження "неправильних" внутрішніх (в межах одного пептидного ланцюга) взаємодій.
в) Третій аспект тієї ж функції - лабілізація "неправильних" слабких зв'язків (якщо вони все-таки утворилися) – пов’язано з тим, щоб пептидний ланцюг не виявлявся зафіксованим в "неправильній" конформації, а могла досягти найбільш оптимальної. Очевидно, тут - пряма схожість з функціями обох фолдаз, але тільки йдеться про лабілізацію не ковалентних, а слабких зв'язків.
Все разом це і означає "забезпечення правильного фолдинга ". Кажучи це, під фолдингом розуміють не лише згортання пептидного ланцюга, але і (у разі олігомерних білків) зв’язування один з одним субодиниць в четвертинну структуру.
Наступна функція шаперонов - контроль за рефолдингом. Мається на увазі, що під дією самих різних причин (перегрівання, опромінення, дії оксидантів і т. д.) білки, відносно давно синтезовані і до того успішно функціонуючі, можуть втрачати свою нативну конформацію. Інакше кажучи, частково або повністю денатурувати, що, як ми вже відмічали (п. 3.5.1), супроводжується схильністю до агрегації.
Так от, мабуть, такі білки в клітині можуть піддаватися рефолдингу (чи ренатурації) - при активній допомозі шаперонів.
Причому синтез шаперонів значно зростає, якщо клітина відносно довго перебуває в стресових умовах. Це показано, зокрема, для бактерій (Е. coli) : інкубація їх при температурі 42 ºС призводить до різкого збільшення т. з. білків теплового шоку, які є нічим іншим як шаперонами.
Аналогічний ефект спостерігається і у еукаріот. Тому у тих і у інших шаперони часто позначаються буквами Hsp (від англійського: heat shock proteins - білки теплового шоку).
Що потрібне для забезпечення цими білками рефолдинга? - Практично те ж, що і для забезпечення фолдинга : попередження агрегації і лабілізація зв'язків просторової структури. Тоді пептидний ланцюг дістане можливість знову знайти нативну (і енергетично найбільш вигідну) конформацію.
Третя функція шаперонів - участь в деяких видах внутрішньоклітинного транспорту білків : зокрема, в лизосоми (для білків, які відслужили свій термін і непіддатих рефолдингу) і в мітохондрії.
Чим викликана участь шаперонів в перенесенні "старих" білків в лізосоми? Очевидно, знову-таки необхідністю попередити агрегацію.
У мітохондрії переносяться, навпаки, новосинтезовані білки. Як ми вже відмічали в п. 3.2.4.2, за рахунок власної активності мітохондрій синтезується тільки 5 % їх білків; інші білки поступають з цитозоля, де утворюються на вільних рибосомах.
Фолдинг же цих інших (95 % ) білків відкладається до того моменту, поки вони не виявляться усередині мітохондрій.
Це пояснюється тим, що пептидному ланцюгу набагато легше проникнути через ліпідні шари мембран (а у мітохондрій мембран - цілих дві), якщо вона знаходиться в розгорнутому стані і гідрофобні радикали не заховані всередину молекули.
Що ж роблять шаперони? - Ті з них, які знаходяться поза мітохондріями, відразу зв'язуються з продуктами трансляції і підтримують їх в розгорнутому стані (в стані пре-белків) до контакту з мітохондріальними мембранами. Інакше кажучи, ці шаперони попереджають передчасний фолдинг. Інші ж шаперони (що знаходяться усередині мітохондрій) приймають "гостей" і допомагають їм набути нативної форми.
4) Четверта функция — підтримка ряду белків у певній конформації, в стані как би незавершеного фолдинга. В цьому випадку, очевидно, шаперони не втрачають зв’язку з відповідним білком його згортання.
Прикладом может служить локализований в цитоплазмі білковий рецептор до глікокортикоїдним гормонам. При відсутності цих гормонів він пов'язаний з комплексом шаперонів (Нsр — белків теплового шока). В такому стані у рецептора закрита (екранована) т. з. ядернаа мітка — та частина пептидного ланцюга, яка необхідна для проникновения білка всередину ядра.
Після зв’язування глікокортикоїдів білки Нsр дисоціюють, фолдинг завершується и ядерна мітка знаходитьсяся на поверхні. Тому рецептор проникає в ядро, переходить в димерну форму і зв’язується з певною ділянкою ДНК.
Другий приклад — рецептори, які містяться в ядрі, до інших стероїдним гормонам — естрогенам і прогестерону. Ці білки також зв’язані з шаперонами (Нsр). Але тепер незавершеність холдингу призводить не до блокування ядерної мітки (комплекс знаходиться в ядрі), а до нездатності зв'язуватися з ДНК.
Знову-таки, приєднання відповідного гормону визиває дисоціацію шаперонів, зміну структури рецептора і зв'язування останнього з потрібним локусом ДНК.
Як же виконують шаперони усі ці численні функції? Механізми дії шаперонов різні - як різноманітні, ймовірно, і самі шаперони.
Розглянемо деякі найбільш вивчені системи, відповідальні за виконання, принаймні, двох перших з вищеперелічених функцій, тобто за фолдинг новоутворених і рефолдинг пошкоджених білків.