Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Такого рода эксперименты показывают, что белки Нвр70 начинают действие первыми: когда белок еше продолжает син тезироваться на рибосоме; а Нзр60-подобные белки включаются в работу позже и помогают свернуться уже завершенным белкалг. Но как клетка отличает неверно свернутые белки, которые требуют дополнительных циклов катализируемого АТР рефолдинга, от белков с правильными структурами? Г)еред тем как ответить на данный вопрос, мы должны взять паузу, чтобы рассмотреть погттрансляционную судьбу белков в более широком ракурсе.
Обыч но, если на поверхности белка зкспонирован протяженный участок гндрофобных аминокислот, то это ненормально; белок илн не смог правильно свернуться после выхода из рибосомы, или в результате каких-то событий он частично развернулся позже, или же он был не в состоянии найти своего партнера-субъдиницу в более крупном белковом комплексе. Такой белок не просто бесполезен для клетки — он может быть опасен. Многие белки с чрезмерно экспонированной гидрофобной об неправильно крышечка или гиДРофобные из бвпкв ОгоЕЗ нв до конца й-~'Й-ЙЧЁ бшвргаггйг юзькйгшю в) Рис. 687. Струюура и функция семейства Нэрбв молекулярньа шаперонов.
о) Катализ рефолдинге белка. Ошибочно свернутый белок сначала улавливается гидрофобными взаимодействиями по одному ободу бочонка. Последующее связывание АТР плюс белковая крышка увеличивают диаметр обода бочонка, в результате чего «белок-клиент» может кратковременно распрямиться (частично развернуться) Кроме этого, белок теперь замкнут в ограниченном пространсее, где он имеет воэможность заново свернуться. Примерно через 15 секунд происходит гидролиз АТР, ослабляющий комплекс, При последующем связывании следующей молекулы АТР белок, будь он свернут или нет, извлекается и цикл повторяется.
Молекулярный ша перон такого типа известен также под именем ша перон ин; он обозначается как Нэрбо в митохонрриях, ТСР1 — в цитоэоле клеток позвоночных и бгоЕŠ— у бактерий. Как показано на рисунке, только половина симметричного бочонка обслуживает белкового «клиента» в любой момент времени. б) Структура огоЕЦ связанного со своей крышкой ОгоЕБ, — по данным рентгеновской кристаллографии.
Слева показана внешняя сторона бачонкообразной структуры, а слрово — продольный срез через ее центр. (Изображение б переработано на основании В. Вихац апд А. Ь Ноп«)сь, Себ 92: 351-366, 1998. С любезного разрешения издательства Е)те«~ей) ластыо могут образовывать в клетке огромные агрегаты.
Мы увидим, что, в редких случаях, такие конгломераты и в самом деле образуются и вызывают серьезные заболевания у человека. Однако мон(ггые механизмы «проверки качества» белка обычно предотврап(ают подобные бедствия. Учитывая такунт обстановку, никого не удивляет, что клетки выработали в ходе эволюции сложнейшие механизмы, которые распознают гидрофобные об ласти на белках и сводят к минимуму наносимый ими урон. Два таких механизма зависят от только что описанных молекулярных шаперонов: они связываются с гидрофобной областью и пытаются «отремонтировать (репарировать) дефектный белок, предоставляя ему очередной шанс свернуться.
В то же время, покрывая пгдрофобные области, зти шапероны кратковременно предотвращают образование агрегатов. Белки, которые сами очень быстро и правильно сворачивакттся, не:гкс понируя гидрофобцых областей, гиапероны обходят стороной. белковые агрегаты правильно свернутые без посторонней помощи неполностью свернутые формы белка расщепляются протеасомами правильно свернутые с помощью молекулярных шаперонов ход времени Рис. б 88. Процессы отслеживания начества белка после его синтеза.
Недавно синтезированный белок иногда сворачивается правильно и самостоятельно объединяется со своими белками-партнерами— в таком случае механизмы «проверки качества» оставляют его в покое. Неправильно свернутым белкам помогают повторно свернуться (совершить рефолдинг) молекулярные шапероны: сначала белки из семейства Нзр70, а затем, в некоторых случаях, — Нзрбо-подобные белки, Шапероны обоих типов опознают своих «кпиентовз по экспонированному участку гидрофобных аминокислот на поверхности. Зги процессы «спасения белкаь конкурируют с другим механизмом, который после опознавания аномально выставлен ного гидрофобно го участка помечает белок для разрушения протеасомой.
Совокупное действие всех этих процессов необходимо для предотвращения в клетке массовой агрегации белков, что может произойти, если гидрофобные области множества белков неспецифично объединятся На рис. 6.88 приведены все варианты проверки качества, которые клетка нро водит в отношении недавно синтезированных белков, фолдинг которых затруднен. Как показано, когда попытки рефолдинга терпят неудачу, в действие приводится третий механизм — полное уничтожение белка путем протеолиза. 1!ротеолитиче ский путь начинается с опознавания аномальной гидрофобной области на поверх ности белка и заканчивается отправкой всего белка на машину разрушения — это сложная протеаза, известная нод названием ггротеасома. Как будет описано далее, этот процесс зависит от сложноорганизованной системы «маркировки» белков, которая выполняет также и другие очень важные функции в клетке, уничтожая определенные нормальные белки. 11ротеолитические машины и шапероны соревнуются ьгежду собой за право реорганизации неправильно свернутого белка.
Если недавно синтезированный белок сворачивается быстро, то лишь малая доля его подвергается деградации. Если же белок сворачивается мелленно, то он представляет собой легко уязвимую мишень для протеолитической машины в течение длительного времени и поэтому намного большее число его молекул разрушается прежде, чем остатки достигнут надлежаще свернутого состояния, В силу мутаций или жс вследствие ошибок транскрипции, сплайсинга и трансляции РНК некоторые белки никогда не сворачиваются должным образом.
И очень важно, чтобы клетка уничтожала такие потенциально опасные белки. Аппарат, который уничтожает аберрантные белки, представлен протеасомой (рго1еаэоше) — присутствующей в клетке в большом количестве АТР-зависимой зь2Л)т(зй((зсбвз)8)гс '6(8 протеазой, которая составляет почти 1'ь белка клетки. Присутствуя в мпогочис ленных копиях, рассеянных всюду по цитозолю и ядру, протеасома уничтожает также и аберрантные белки эндоплазматического ретикулума (ЭР, ЕК; епс(ор!азппс ге()си!шп).
Ориентированная на Е)с система надзора обнаруживает белки, которые не в состоянии ни свернуться, ни быть собранными должным образом при посту плении в ЕК, и ретротранслог(пруст (ге(го(гапз1оса(ез) их обратно в цитозоль для деградации (обсудим это подробнее в главе 12). Протеасома состоит из центрального полого цилиндра (203 кор протеасомы), образованного из многочисленных белковых субъединиц, которые собираются в виде квазицилиндрической трубки из четырех гептамерных колец (рис. 6.69). Некоторые из этих субьединиц представляют собой различные протеазы, активные участки которых обращены во внутреннюю камеру цилиндра.
Такое строение протеасомы удерживает зти очеш эффективные протеазы от слишком рьяной деятельности в клетке. Каждый конец цилиндра обычно связан с крупным белковым комплексом (195 колпачок, или кэп), представляющим собой белковое кольцо из шести субъе диниц, через которое белки мишени как бы продергиваются и попадают в ядро протеасомы, где подвергаются деградации (рис. 6.90). Реакция «вденания нити», движимая гидролизом АТР, разворачивает целевые белки по мере их продвижения сквозь колпачок, обнажая их перед протеазами, выстилающими ядро протеасомы (рнс.
6.91), Белки, что составляют кольцевую структуру в колпачке нротеасомы, принадлежат к большому классу белковых «анфолдаз» (пп(01дазез, что дословно значит «развертазы»), известных как ЛЛЛ белки. Многие из них функционируют как гексамеры, и вполне возможно, что механизм их действия сходен с АТР зависимым раскручиванием Д11К Д1)К хеликазами (см. Рис. 5.15). иная в разрезе структура центрального 2 активные участки протеаз обозначены к в) Рис.6.89. Протеасома.
о) Изображе рентгеноструктурным анализом, где протеасома, в которой центральный цилиндр (желгпый) дополнен 196- колпачками (синие) на каждом конце. Структура колпачка определена путем компьютерной обработки полученных на электронном микроскопе изображений. комплекс колпачка (также называемый регуляторной частицей) избирательно связывает белки, которые помечены убиквитином — меткой для разрушения; после этого протеасома использует гидролиэ АТР для разворачивания полипептидной цепи этих белков и пропускает их через узкий канал (см рис. 6.91) во внутреннююю камеру 209 цилиндра для переваривания до коротких пептидов (Изображение б заимствовано из ЧГ. Вацгпе)нег ет а)., Сед 92: 367- 380, 1998.
С любезного разрешения издательства 6)зех)ег.) 06 цилиндра, определенная росньгми гпочкомм б) Полная целевой белок с присоединенной пслиубиквитиновой цепью центральный цилиндр (протввав) активные я« ""~ » » Ф»» »» колпачок Рис. 6.90. Лроцессивное расщепление белка протеасомой. Колпачок протеасомы опознает белок- субстрат, в данном случае помеченный полиубиквитиновой цепью (см рис.
6.92), и впоследствии перемещает его в ядро (кор) протеасомы, где он и расщепляется, На ранней стадии убиквитин отщепляется от белкового субстрата и реци клизуется. Тра нслокация в кор протеасомы опосредуется кольцом АТР-завис и мы» белков, которые разворачивают белковый субстрат по мере его «продергивания» через кольцо и далее — в ядро протеа сомы (см. рис.
6 91). (Заимствовано из 5 Рта(га»Ь а ос) А. Магоизсйе(г, Ггелггз Вгосйепг. 5с!. 29: 593 — 600, 2004. С любезного разрешения издательства ЕиеИег,) Важнейшее свойство протеасомы (и одна из причин сложности ее строения) заключается в ггроцессивности ес механизма: в отличие от «простой» протеазы, которая расщепляет полипептидную цепь субстрата только единожды перед тем как отсоединиться, протеасома удерживает субстрат связанным, пока весь он не будет разбит на короткие пептиды. 199. колпачки действуют как регулируемые «створки» на входе во внутреннюю протеолитическую камеру и отвечают за связывание целевого белка-субстрата с протеасомой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
