спасибо за работу
Информация о работе
Подробнее о работе
Молекулярные шаперонины и их роль в фолдинге полипептидов
- 18 страниц
- 2016 год
- 236 просмотров
- 0 покупок
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
Актуальность. Экспериментальные исследования процессов денатурации и ренатурации белков in vitro привели к важному заключению, что вся необходимая и достаточная информация о пространственной структуре белка заключена в его аминокислотной последовательности [1]. Однако исследования процессов жизнедеятельности клетки и сворачивания белков in vivo выявили ряд клеточных компонентов, которые вовлечены либо в катализ процесса сворачивания белков, либо в регуляцию распределения вновь синтезированных белков между конкурирующими путями сворачивания и агрегации [3].
К концу 80-х годов сложилось представление, согласно которому определенные белковые факторы могут играть весьма важную роль в процессах формирования и поддержания нативной конформации белка в клетке. На основе имевшихся данных Эллисом [4] была сформулирована идея ассистируемой самоорганизации белков в противоположность спонтанной. Эта концепция предполагает, что, хотя сворачивание белков является спонтанным процессом, существуют критические стадии, на которых участие специальных клеточных факторов может оказаться необходимым. Роль таких факторов, названных молекулярными шаперонами, состоит в обеспечении оптимальных условий для протекания процесса сворачивания белков путем устранения «помех» или «неадекватных контактов».
Шапероны входят в состав большого семейства белков теплового шока (heat shock proteins (hsp)), синтез которых в клетке значительно увеличивается в ответ на тепловой шок или другие виды клеточных стрессов [5]. Вместе с тем и при нормальных условиях большинство белков этого семейства синтезируется довольно интенсивно. Широкий диапазон функций шаперонов включает стабилизацию промежуточных конформаций различных белков в процессе созревания in vivo, ассистирование сборки олигомерных комплексов, участие в трансмембранном транспорте белков и деградации короткоживущих белков цитозоля [2], а также предотвращение летальной неспецифической ассоциации белков в стрессовых для клетки условиях [5].
К настоящему времени шапероны обнаружены как в прокариотических, так и в эукариотических организмах и их разделяют на несколько классов по молекулярной массе мономерных форм, которая варьирует от 10 кДа до 110 кДа [6]. Некоторые шапероны являются гомо- или гетероолигомерами, состоящими из большого количества субъединиц, объединенных обычно в «кольцевые» структуры. Такие сложные четвертичные структуры характерны, например, для шаперонов класса hsp60 [18] и для некоторых представителей класса малых белков теплового шока (small heat-shock proteins) [9, 10]. Структурным и функциональным свойствам шаперонов различных классов посвящено большое количество подробных обзоров.
Цель работы состоит в анализе особенностей молекулярных шаперонов и их роли в фолдинге полипептидов.
Объект исследования – молекулярные шапероны
Предмет исследования - роль молекулярных шаперонов в фолдинге полипептидов
Задачи работы:
1. Дать характеристику шаперонов и их функций
2. Рассмотреть роль молекулярных шаперонов в фолдинге полипептидов
CОДЕРЖАНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 3
1. Шапероны и фолдинг белков 5
2. Рефолдинг ненативных (нефункциональных) полипептидов 7
3. Шапероны Hspl00 и дезагрегация белков 11
4. Малые Hsp-белки 13
5. Шапероны разных семейств в фолдинге белка 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 18
Анализ литературных данных по структурным и биохимическим аспектам функционирования шаперонинов позволяет поставить под сомнение универсальность модели сворачивания белков во внутренней полости шаперонинов. Хотя такая изоляция сворачивающейся белковой молекулы и привлекательна с точки зрения предотвращения нежелательных контактов белков, находящихся в сильно «гидрофобных» промежуточных состояниях, однако эта модель не может объяснить многие экспериментальные факты.
Функция шаперонинов сводится к «удержанию» около себя белков, находящихся в «гидрофобных» промежуточных состояниях, и, тем самым, к уменьшению вероятности их неспецифической ассоциации. Лиганды шаперонинов понижают их сродство к ненативным полипептидным цепям, предотвращая формирование «долгоживущих» комплексов, которые невыгодны для быстрого восстановления клеточных процессов после стресса.
Можно предположить, что кольцевая олигомерная структура шаперонинов предназначена не столько для образования обширной внутренней полости, сколько для формирования множественных «гидрофобных» центров связывания, способных удерживать на себе большие молекулы денатурированных белков. Кроме того, шаперонины должны «защищать» самих себя от неспецифической ассоциации по этим «гидрофобным» центрам.
Возможно, именно поэтому они эволюционировали как большие олигомерные комплексы, сильно заряженные при нейтральных рН и обладающие хорошей растворимостью даже при больших концентрациях. Дальнейшее изучение свойств как мономерных, так и олигомерных шаперонов из различных организмов позволит более определенно выяснить механизмы участия шаперонов в процессах созревания и транспорта белковых молекул в клетке.
Молекулярные шапероны обеспечивают фолдинг примерно половины синтезирующихся внутриклеточных белков. Роль шапероновой системы в сохранности клеточного протеома особенно возрастает в условиях стресса. Шапероны различных семейств ориентированы на связывание белковых мишеней, пребывающих в различных ненативных состояниях, и, в связи с этим, характеризуются различающейся специфичностью. Так, шапероны Hsp70 взаимодействуют с белками-мишенями путем узнавания их 4-6-членных гидрофобных пептидных сегментов, а шаперонины Hsp60 узнают более структурированные гидрофобные области в мишенях, обладающих выраженной вторичной структурой. Вместе с тем, общим механизмом всех функционирующих шаперонов (кроме фактора TF и малых белков теплового шока) служит многократное повторение этапов регулируемого гидролизом АТР связывания/высвобождения нестабильных конформеров белковых мишеней.
1. Марченков В. В., Марченко Н. Ю., Марченкова С. Ю., Семисотнов Г. В. // Успехи биологической химии. - 2006. - Т. 46. - C. 279-302.
2. Мельников Э. Э., Ротанова Т. В. Молекулярные шапероны // Биоорганическая химия. - 2010. - Т.36 (1). - C. 5-14.
3. Azia A., Unger R., Horovitz A. What distinguishes GroEL substrates from other Escherichia coli proteins? // FEBS Journal. - 2012. - Vol.279. - P. 543-550.
4. Bochkareva E. S., Lissin N. M., Girshovich A. S., Transient association of newly synthesized unfolded proteins with the heat-shock GroEL protein // Nature. - 1988. - Vol. 336. - P.254-257.
5. Chen L., Sigler P. B. The Crystal Structure of a GroEL / Peptide Complex:Plasticity as a Basis for Substrate Diversity // Cell. - 1996. - Vol.99. - P. 757-768.
6. Dobson C. M. Principles of protein folding, misfolding and aggregation // Semin. Cell.Dev. Biol. -2004. - Vol.15. - P.3-16.
7. Clark G. W., Tillier E. R. Loss and gain of GroEL in the Mollicutes // Biochem. Cell Biol. -2010. - Vol.88. - P. 185-194.
8. Ellis J., Proteins as molecular chaperones // Nature. - 1987. - Vol.328 (6129). - P.378-379.
9. Ewalt K. L., Hendrick J. P., Houry W. A., Hartl F. U. In vivo observation of polypeptide flux through the bacterial chaperonin system // Cell. - 1997. - Vol.90. - P. 491-500.10. Feltham J. L., Gierasch L. M. GroEL-Substrate Interactions: Molding the Fold, or Folding the Mold? // Cell. - 2000. - Vol. 100. - P.193-196.
11. Fenton W. A., Horwich A. L., GroEL-mediated protein folding // Protein Sci. - 1997. - Vol. 6. - P. 743-760.
12. Gething M. J.,Sambrook J., Protein folding in the cell // Nature. - 1992. - Vol.355. - P. 33-45.
13. Gomez-Puertas P., Martin-Benito J., Carrascosa J. L., Willison K. R., Valpuesta J. M. The substrate recognition mechanisms in chaperonins - Review // Journal of Molecular Recognition. -2004. - Vol. 17. - P. 85-94.
14. Grallert H., Buchner J. Structural View of the GroEL Chaperone Cycle // Journal of Structural Biology. - 2001. - Vol.135. - P. 95-103.
15. Hayes S. A., Dice J. F. Roles of Molecular Chaperones in Protein Degradation // The Journal of Cell Biology. - 1996. - Vol.132. - P. 255-258.
16. Hemmingsen S. M.,Woolford C.,van der Vies S. M., Tilly K., Dennis D. T., Georgopoulos C. P., Hendrix R. W.,Ellis R. J. Homologous plant and bacterial proteins chaperone oligomeric protein assembly // Nature. - 1988. - Vol. 333. - P. 330-334.
17. Hendrick J. P. Hartl F. U. The role of molecular chaperones in protein folding // FASEB J. -1995. - Vol. 9(15). - P.1559-1569.
18. Horwich A. L., Farr G. W., Fenton W. A. GroEL-GroES-Mediated Protein Folding // Chemical Reviews. - 2006. - Vol. 106. - P. 1917-1930.
19. Jewett A. I., Shea J. E. Reconciling theories of chaperonin accelerated folding with experimental evidence // Cell. Mol. Life Science. - 2010. - Vol.67. - P. 255-276.
20. Kusukawa N., Yura T., Ueguchi C., Akiyma Y., Ito K., Effects of mutations in heat-shock genes groES and groEL on protein export in Escherichia-coli // EMBO J. - 1989. - Vol.8(11). - P. 3517-3521.
21. Lin Z., Rye H. S. GroEL-Mediated Protein Folding:Making the Impossible, Possible // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. - 2006. - Vol.41. - P. 211-239.
22. Lindquist S., Craig E.A., The heat-shock proteins // Annu. Rev. Genet. - 1988. - Vol.22. - P. 631-77.
23. Lund P.A. Multiple chaperonins in bacteria -why so many? // FEMS Microbiol Rev. - 2009. -Vol. 33. - P. 785-800.
24. Marchenkov V. V., Semisotnov G. V. GroEL. Assisted Protein Folding: Does It Occur Within the Chaperonin Inner Cavity? // International Journal of Molecular Sciences. - 2009. - Vol. 10. - P. 2066-2083.
25. Paul S., Punam S., Chaudhuri T. K. Chaperone-assisted refolding of Escherichia coli maltodextrin glucosidase // FEBS Journal. - 2007. - Vol. 274. - P. 6000-6010.
26. Radford S. E. GroEL: More than Just a Folding Cage // Cell. -2006. - Vol. 125. - P. 831-833.
27. Sparrer H., Lilie H., Buchner J. Dynamics of the GroEL-Protein Complex: Effects of Nucleotides and Folding Mutants // J. Mol. Biol. - 1996. - Vol.258. - P. 74-87.
28. Thirumalai D., Lorimer G. H. Chaperonin - mediated protein folding // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. -2001. - Vol.30. -P. 245-269.
29. Viitanen P. V., Donaldson G. K., George H. L., Lubben T. H., Gatenby A. A. Complex interactions between the chaperonin 60 molecular chaperone and dihydrofolate reductase // Biochemistry. - 1991. - Vol. 30 (40). - P. 9716-9723.
30. Walter S. Structure and function of the GroEL chaperone // Cell. Mol. Life Sci. - 2002. -Vol. 59. - P. 1589-1597.
31. Weissman J. S., Rye H. S., Fenton W. A., Beechem J. M., Horwich A. L. Characterization of the Active Intermediate of a GroEL-GroES-Mediated Protein Folding Reaction // Cell. - 1996. -Vol. 84(3). - P.481-490.
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
