3. Удаление с n-конца метионина или даже нескольких аминокислот

специфичными аминопептидазами.

4. Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина.

5. Включение простетической группы:

• Углеводных остатков – гликирование требуется при синтезе гликопротеинов.

• Гема – при синтезе гемоглобина, миоглобина, цитохромов, каталазы,

• Витаминных коферментов – биотина, ФАД, пиридоксальфосфата и т.п.

6. Объединение протомеров в единый олигомерный белок – гемоглобин, коллаген, лактатдегидрогеназа, креатинкиназа.

Вопрос 41 Фолдинг белков. Ферменты. Роль шаперонов в фолдинге белка. Фолдинг белковой молекулы с помощью шаперониновой системы. Болезни, связанные с нарушением фолдинга белка – прионовые болезни.

Фолдинг – процесс укладки вытянутой полипептидной цепи в правильную трехмерную пространственную структуру.

Возможная последовательность фолдинга белка:

• Случайный клубок – нет ни вторичной, ни третичной структуры,

пептидная цепь развернута

• Состояние – предшественник расплавленной глобулы – вторичная структура

сформирована не до конца, третичная структура отсутствует, цепь частично развернута

• Расплавленная глобула – вторичная структура сформирована, цепь полностью

свернута в компактную глобулу, но жесткая третичная структура отсутствует

• Нативный белок – цепь свернута в компактную глобулу, которая имеет

определенную третичную структуру

Ферменты фолдинга:

1. Протеиндисульфидизомераза (PDI) – способствует сворачиванию секретируемых клетками белков, содержащих дисульфидные мостики (инсулин, рибонуклеаза, иммуноглобулины).

Катализирует изомеризацию дисульфидных связей в формирующемся белке, дает ему возможность найти (путем случайного перебора) такую комбинацию этих связей, которая соответствует энергетически наиболее оптимальной пространственной структуре.

2. Пептидил-пролил-цис/транс-изомераза (PPI) – катализирует переход радикалов в области пептидной связи Pro из транс-конфигурации в цис-конфигурацию и обратно. Обеспечивает возможность пептидной связи делать в области нахождения АК пролина, такие изгибы, кот. приводят к наиболее оптимальной пространственно стр-ре.

Шапероны – группа белков, способных связываться с белками, находящимися в неустойчивом, склонном к агрегации состоянии. Они способны стабилизировать их конформацию, обеспечивая фолдинг

Классификация шаперонов: см. вопрос 6

Роль шаперонов в фолдинге белков: при синтезе белков N-концевая область

полипептида синтезируется раньше, чем С-концевая область. Для формирования конформации белка нужна его полная аминокислотная последовательность. Поэтому в период синтеза белка на рибосоме защиту реакционноспособных радикалов (особенно гидрофобных) осуществляют Ш-70.

Ш-70 – высококонсервативный класс белков, кот. присутствует во всех отделах

клетки. В области карбоксильного конца единственной ППЦ шаперонов есть участок, образованный радикалами АК в форме бороздки. Он способен взаимодействовать с участками белковых молекул и развёрнутых ППЦ длиной в 7-9 аминокислот, обогащённых гидрофобными радикалами (в синтезирующейся ППЦ такие участки встречают примерно через каждые 16 АК)

Фолдинг многих высокомолекулярных белков, имеющих сложную конформацию

(например, доменное строение), осуществляется в специальном пространстве, сформированном Ш-60.

Ш-60 функционируют в виде олигомерного комплекса, сост. из 14 субъединиц.

Ш-60 обр. 2 кольца, каждое из которых состоит из 7 субъединиц, соединённых друг с другом. Субъединица Ш-60 состоит из 3 доменов: апикального (верхушечного), промежуточного и экваториального.

• Верхушечный домен имеет ряд гидрофобных остатков, обращённых в полость кольца, сформированного субъединицами.

• Экваториальный домен имеет участок связывания с АТФ и обладает АТФ-азной активностью, т. е. способен гидролизовать АТФ до АДФ и Н3РO4.

Шапероновый комплекс имеет высокое сродство к белкам, на поверхности которых

есть элементы, характерные для несвёрнутых молекул (участки, обогащённые гидрофобными радикалами). Попадая в полость шаперонового комплекса, белок связывается с гидрофобными радикалами апикальных участков Ш-60. В специфической среде этой полости, в изоляции от других молекул клетки происходит перебор возможных конформаций белка, пока не будет найдена единственная, энергетически наиболее выгодная конформация.

Высвобождение белка со сформированной нативной конформацией

сопровождается гидролизом АТФ в экваториальном домене. Если белок не приобрёл нативной конформации, то он вступает в повторную связь с шапероновым комплексом. Такой шаперонзависимый фолдинг белков требует затрат большого количества энергии.

Т.о., синтез и фолдинг белков протекают при участии разных групп

шаперонов, препятствующих нежелател. взаимодействиям белков с другими молекулами клетки и сопровождающих их до окончательного формирования нативной структуры

Шаперониновая система GroEL/GroES (E.coli)

1. GroEL (L=Large) – состоит из 2х семичленных колец, лежащих одно

под другим, 14 идентичных субъединиц.

Субъединица GroEL cостоит из трех доменов:

• Экваториальный домен – образует контакт с аналогичным доменом

на втором кольце; - связывает АТФ;

• Промежуточный домен - является гибким шарниром, обеспечивает

связывание АТФ и GroES

• Апикальный домен – cвязывает полипептид; сайт связывания содержит в основном крупные гидрофобные АК, - cвязывает GroES.

2. GroES (S=Small) состоит из 1 семичленного кольца, 7 идентичных субъединиц.

При связывании АТФ и GroES:

• Увеличивает объем внутренней полости примерно в 2 раза;

• Меняет расположение гидрофобных остатков апикального домена, и внутренняя поверхность полости становится гидрофильной

Схема фолдинга с шаперониновой системой

1. В открытый «котел» GroEL проникает белок в состоянии незавершенного

фолдинга = > происходит связывание белка, имеющего на своей поверхности гидрофобные радикалы с и внутренней стенкой «котла» за счет избытка на ней гидрофобных радикалов

2. Происходит связывание крышечки GroES с «котлом».

Поверхность «котла» становится гидрофильной.

3. Идет фолдинг.

4. Через 15 секунд происходит гидролиз АТФ.

5. Крышечка диссоциирует, «котел» становится гидрофобным

Результат:

• Фолдинг завершен – молекула покидает систему

• Фолдинг не завершен, белковая молекула вновь связывается со стенками «котла»

цикл повторяется пока не будет достигнут необходимый результат

Болезни, связанные с нарушением фолдинга белка

1. Болезнь Альцгеймера – β-амилоидоз нервной системы, поражающий лиц

преклонного возраста и характеризующийся прогрессирующим расстройством памяти и полной деградацией личности.

В ткани мозга откладывается β-амилоид – продукт изменения конформации

нормально белка, образующий нерастворимые фибриллы, устойчивые к действию протеаз и нарушающие структуру и функции нервных клеток. Он имеет вторичную β-складчатую стр-ру, а нормальный белок имеет много α-спиральных участков

Возможная причина: с возрастом уменьшается синтез шаперонов, способных участвовать в поддержании нормальной конформации белка

2. Прионовые болезни – тяжёлые неизлечимые заболевания ЦНС, которые вызывают прионовые белки (особый класс белков, обладающих инфекционными свойствами).

Прионовый белок кодируется тем же геном, что и его нормальный аналог, т.е. они имеют идентичную первичную структуру, но имею различную конформацию.

Прионовый – содержит много β-слоев, а нормальный белок – α-спирал. участки

Прионовый белок обладает устойчивостью к действию протеаз и, попадая в ткань мозга или образуясь там спонтанно, способствует превращению нормального белка в прионовый в результате межбелковых взаимодействий. Образуется так называемое «ядро полимеризации», состоящее из агрегированных прионовых белков, к которому способны присоединяться новые молекулы нормального белка.

«Коровье бешенство» - заражение людей прионами при употреблении мясопродуктов, полученных от животных, являющихся носителями прионов.

Проявляется в запуске апоптоза клеток ГМ, на пов-ти которых откладывается прионный белок = > возникает энцефалопатия

«Куру» - болезнь аборигенов, занимающихся каннибализмом

(ели мозги – получали прионы из них, дальше ели их – и т.д). Также проявлялось энцефалопатией, сопровождающейся дрожью, судорогами, деменцией