» » Бактериальный шаперонин GroE

Бактериальный шаперонин GroE


Бактериальный шаперонин GroE

На этой картинке изображен белковый комплекс GroE (GroEL/GroES) — шаперонин бактерий. Шаперонины (см. Chaperonin) — это функциональная группа белков, которая входит в более широкий класс белков — шапероны. Шапероны ассистируют другим белкам при их синтезе, транспорте, деградации. Самая известная функция шаперонов — помогать только что синтезированным или поврежденным белкам обрести правильную пространственную структуру. Дело в том, что «плохо сложенный» белок не только не выполняет свои функции, но и может быть опасным. Например, такие белки склонны соединяться в агрегаты (см. Protein aggregation), способные повредить клетку. Шаперонины и другие шапероны есть не только у бактерий: они необходимы всем живым существам и даже вирусам.

У всех бактерий GroE устроен одинаково. Как и другие шаперонины, GroE представляет собой мультисубъединичный комплекс (состоящий из множества мономеров — субъединиц), похожий на горшочек с крышкой. «Горшочек» — шаперонин GroEL — образован двумя кольцами, лежащими друг на друге. Каждое такое колечко — гептамер, то есть состоит из семи одинаковых белковых субъединиц (их структура видна на верхнем рисунке). Субъединицы в обоих кольцах одинаковые, но находятся в разной конфигурации. «Крышка» (красная на верхнем рисунке) — GroES — это тоже гептамерный кольцевой комплекс, но мономеры в нем другие.

Внутри комплекса есть полость, в которую попадают белки, нуждающиеся в помощи. Такие белки узнаются шаперонином по торчащим гидрофобным (неполярным) участкам, которые в норме не выставлены в цитоплазму, а находятся внутри белковой структуры. Цитоплазма клетки — полярная среда (ее составляют полярные молекулы воды), поэтому поверхность находящихся в ней белков тоже должна быть полярна. Торчащие гидрофобные участки — это как раз то, что приводит к агрегации неправильно сложенных белков: подобно капелькам масла в воде, такие участки стремятся соединиться.

Шаперонин работает как настоящая молекулярная машина: когда субъединицы кольца GroEL с помощью специально расположенных гидрофобных остатков «ловят» неправильно сложенный белок, каждая из семи субъединиц связывает молекулу АТФ из цитоплазмы (главный источник энергии химических реакций в клетке). При этом конформация комплекса меняется: его внутреннее пространство расширяется, что может способствовать разворачиванию неправильной структуры белка, пойманного несколькими субъединицами кольца. Кроме того, кольцо получает способность соединиться с «крышкой» (GroES), которая «утрамбовывает» белок. Присоединение GroES снова меняет конформацию субъединиц кольца GroEL: окружение белка из гидрофобного становится гидрофильным, что может навести его на принятие правильной структуры. Еще при такой конформации комплекса начинает происходить гидролиз связанных им молекул АТФ. Это необходимо для открытия крышки и высвобождения белка.


Бактериальный шаперонин GroE

Бактериальный шаперонин GroE

Схема работы комплекса GroE. a — субъединицы GroEL в составе комплекса до и после связывания GroES. На b видно, как при этом меняется конформация субъединиц. На схеме c показано, как при связывании GroEL с GroES окружение белка внутри комплекса становится полярным (гидрофильным). Желтым отмечены гидрофобные участки GroEL и белка, зеленым — гидрофильные (полярные) аминокислотные остатки белка. d — структура комплекса, полученная с помощью криоэлектронной микроскопии. Внутри нижнего кольца, к которому еще не присоединился GroES, — неправильно сложенный белок. Белок внутри верхнего кольца уже принял правильную конформацию и после отсоединения GroES отправится по своим делам. Изображение из статьи H. Saibil, 2013. Chaperone machines for protein folding, unfolding and disaggregation


Точно не известно, что происходит с белком внутри шаперонина. Возможно, комплекс не просто препятствует агрегации, ограждая белок от окружения и давая ему время принять правильную конформацию, но и помогает белку ее достигнуть. Судя по всему, ему это удается благодаря уменьшению числа возможных состояний, которые может принимать молекула белка при сворачивании в пространственную структуру.

Поскольку комплекс GroEL состоит из двух колец, он может вмещать в себя два белка. Считается, что работа колец происходит асимметрично: в каждый момент времени только одно из них накрыто крышкой. Такую форму комплекса называют пулевидной (bullet form), именно она показана на верхнем изображении. Впрочем, есть свидетельства и в пользу существования симметричной формы, когда оба кольца GroEL накрыты крышками GroES (тогда комплекс похож на мяч для американского футбола).


Бактериальный шаперонин GroE

Слева — асимметричный комплекс GroE: крышка есть только на одном кольце GroEL. Cis и trans в данном случае обозначают разную пространственную структуру субъединиц кольца, связанного с крышкой и свободного от нее. Справа — симметричный комплекс: у каждого кольца GroEL есть крышка. Изображение с сайта esrf.eu


Показано, что 10% белков кишечной палочки (Escherichia coli) связываются при трансляции (то есть синтезе белка) с GroEL. Примерно 80 белков не могут принимать нужную конфигурацию без шаперонина. Зная аминокислотную последовательность белка, можно предсказать, необходим ли ему шаперонин, потому что зависящие от него белки имеют общие структурные свойства. Очень крупные белки не помещаются в GroEL, однако всё равно могут с ним связываться для предотвращения агрегации.

Комплексов GroE в клетке мало, и белкам, которым он необходим, приходится ждать своей очереди (в это время другие шапероны помогают им воздержаться от принятия неправильной конформации). Дело в том, что и синтез, и работа шаперонина — дело энергозатратное. Несмотря на это, GroE есть у большинства бактерий. У немногих бактерий, не имеющих этого комплекса, белки без проблем формируют правильную структуру самостоятельно. Эта способность появилась за счет мутаций, снижающих склонность к агрегации. Итак, белки бактерий могут менять степень зависимости от GroE в процессе эволюции. Однако наличие его почти у всех известных бактерий говорит о том, что потеря шаперонина обходится в большинстве случаев дороже, чем его работа.

Асимметричная форма шаперонина во всей красе. Каждая субъединица GroEL окрашена для наглядности в свой цвет, все субъединицы GroES красные

Благодаря способности GroE связывать и удерживать белки с подозрительной пространственной структурой, его используют для оценки опасности агрегации белков в составе лечебных препаратов при их хранении. Также шаперонин служит для фиксации склонных к агрегации белков для электронной микроскопии. Его даже хотят использовать как контейнер для доставки в клетки гидрофобных лекарств.

Изображение с сайта cgl.ucsf.edu, получено на основе криоэлектронной микроскопии комплекса GroE кишечной палочки.

Галина Клинк

20 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Развитие эмбриона актинии

На этой микрофотографии — эмбрион актинии Nematostella vectensis, проходящий стадию гаструлы...

Систему CRISPR можно использовать для аккуратного встраивания генов в нужное место

Система CRISPR-Cas защищает бактерии и археи от вирусов и других генетических паразитов: фрагменты ДНК паразитов вставляются в геном хозяйской клетки и затем используются как образцы для поиска и

Для развития семенников нужны кровеносные сосуды, для развития яичников — нервные клетки

Формирование половых желез млекопитающих определяется не только половыми хромосомами. Важна и васкуляризация — «прорастание» кровеносных сосудов: в семенниках сосуды появляются уже на ранней стадии

Продукты для роста мышц

1) Творог Творог – один из лучших продуктов для наращивания мышечной массы. Всего 150 грамм творога дадут Вам до 22 грамм белка. Также творог ценен тем, что состоит из комбинации «быстрых» и
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыПочему мы стареем? Новая теория ученыхРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаОхотник за сокровищами нашел редчайший доисторический кладЧто происходит с океанами Земли?NASA получило новые снимки Большого красного пятна ЮпитераОбманщики чередуют ложь с правдой, чтобы им продолжали верить