8. Охарактеризуйте роль білків теплового шоку для організмів.

Серед багатьох реакцій клітин на підвищення температури одна з найсуттєвіших – зниження загальної інтенсивності синтезу білка, розпад полісом, а потім формування нових полісом, на яких синтезуються стресові або білки теплового шоку(БТШ*. Синтез БТШ у відповідь на збільшення температури характерний для клітин всіх типів живих організмів: бактерій, грибів, тварин усіх рівнів організації, людини, вищих і нижчих рослин. Тобто синтез БТШ – загально біологічне явище. БТШ у всіх організмів представлені великим набором поліпептидів, їх прийнято називати у відповідності з молекулярною масою, вираженою в кілодальтонах (кД*. Наприклад, БТШ з молекулярною масою 70 кД називають БТШ70. Про суттєву роль БТШ говорить висока консервативність їх у процесі еволюції, так БТШ70 має високу подібність амінокислотної послідовності в комах, птахів, ссавців, грибів і рослин. Окремі ділянки у БТШ70 зберігають більше 90 % гомології у бактерій і людини. У рослин БТШ уперше знайдено в 1980 році. Вони множинні, представлені групою високомолекулярних (90-110, 80-90, 65-75 кД* і низькомолекулярних (35-28, 27-21, 15-18 кД* білків.Як правило, синтез БТШ починається за температури на 8-10^оС вищій нормальної. Наприклад, у арабідопсіса (Arabidopsis thaliana* він відбувається за 28-37^оС, в листках ячменю його максимум досягає за 40^оС, а в лисках рису – за 45^оС. БТШ помічені у клітині вже через 15 хв після початку теплового шоку, їх синтез активується, досягаючи максимуму за 2-4 години теплового шоку (ТШ*, а потім починає спадати. Після закінчення ТШ синтез БТШ зупиняється та відновлюється синтез білків, характерних для клітин у нормальних температурних умовах. При цьому мРНК БТШ швидко руйнується у клітинах за нормальної температури, тоді як самі білки можуть зберігатись досить довго, забезпечуючи, ймовірно, підвищення стійкості клітин до нагріву. Довге перебування клітин в умовах ТШ також може призвести до ослаблення та зупинки синтезу БТШ. У цьому випадку включаються механізми регуляції експресії генів БТШ за принципом оберненого зв’язку. Накопичення в клітинах БТШ виключає активність їх генів. Імовірно, у такий спосіб клітина підтримує кількість БТШ на необхідному рівні, перешкоджаючи їх надпродукції. Більшість БТШ мають у клітинах споріднені білки, які синтезуються за нормальної температури постійно або на певних стадіях розвитку організму. Наприклад, у дріжджів група БТШ70 кодується дев’ятьма генами, з яких шість посилюють експресію за ТШ, два знижують, а один не реагує на ТШ. У дрозофіли один із БТШ70 індукується ТШ, а сім інших експресуються за нормальної температури. БТШ70 приєднується до інших білків, викликаючи їх розгортання і перешкоджає їх агрегації, яка б завадила білку отримати нативну конформацію, що необхідна для його функціональної активності. Розгортання білків за допомогою БТШ70 необхідне для їх проникнення через мембрану хлоропластів, мітохондрій та ЕПР. Активація синтезу БТШ70 повинна захищати білки від незворотних ушкоджень. Оскільки БТШ70 впливає на конформацію інших білків, то його відносять до групишаперонів(від англ.сhaperonа, що означає проводжаю, наставник при молодій особі*. БТШ70 присутній в усіх компартментах клітини: в ядрі та ядерцях, у цитоплазмі, у зв’язку з елементами цитоскелету, у зв’язку із клітинними мембранами, у мітохондріях, хлоропластах і ЕПР. БТШ70 сприяє проходженню синтезованих в цитоплазмі попередників хлоропласних і мітохондріяльних білків через їх мембрани. БТШ60 також відноситься до шаперонів, ці білки забезпечують правильну зборку четвертинної структури клітинних білків. Таку функцію вони виконують у бактерій, в мітохондріях і хлоропластах еукаріотичних клітин. Вони утворюють два накладені один на одного кільця, в кожному з яких присутні по сім субодиниць БТШ60. Така складна структура направляє правильну упаковку клітинних білків при утворенні четвертинної структури, наприклад РБФК (складається з восьми малих і восьми великих субодиниць*. БТШ90 відіграє важливу роль при утворенні комплексу стероїдних гормонів з їх рецептором. Встановлено, що БТШ90 утворює комплекси із деякими протеінкіназами, контролюючи їх активність. Протеінкінази фосфорилюють найрізноманітніші білки клітин. До БТШ відносяться і низькомолекулярні білки. У дріжджів лише один ген кодує низькомолекулярні БТШ, а в рослин їх більше 30. Ці білки локалізовані в основному у спеціальних цитоплазматичних гранулах теплового шоку, які з’являються в цитоплазмі під час ТШ і зникають після його закінчення. У гранулах теплового шоку знайдено і мРНК, синтез якої відбувається за нормальної температури. Тому вважають, що цитоплазматичні гранули теплового шоку захищають „дошокові” мРНК у клітинах, що дає можливість знову використовувати ці мРНК для синтезу білка після закінчення шоку. Низькомолекулярні БТШ знайдено й у хлоропластах. Припускають, що вони захищають від ТШ тилакоїдні мембрани.