Митохондриальные шапероны

Вновь синтезированные белки, предназначенные для митохондрий, при подготовке к импорту связываются с другим классом цитозольных бел­ков. Существует несколько типов этих белков, на­зываемых шаперонами. Они обнаруживаются поч­ти во всех клеточных органеллах и в цитоплазме. Кроме других функций, шапероны обеспечивают правильное сворачивание (фолдинг) и оконча­тельную конформацию других белков, и поэтому необходимы для здоровья клетки и организма.

Шапероны найдены во всех организмах от бактерий до млекопитающих. В некоторых случаях эти белки имеют другое название. Одно из се­мейств шаперонов называется белками теплового шока (hsp) (рис. 3-9).

Их обнаружили случайно: исследователи открыли, что определенные белки синтезируются в клетках плодовой мушки при уве­личении температуры всего на несколько градусов. Белки теплового шока имеют большую внутриви­довую устойчивость и интенсивно экспрессируются во всех клетках даже в нормальных для роста условиях. Их транскрипция и трансляция значи­тельно возрастают при чрезвычайных условиях внешней среды. Предполагают, что шапероны необходимы для правильного сворачивания белков в условиях теплового стресса.

Укладка полипептидной цепи: шапероны hsp60 и hsp70

Белки семейств hsp60 (также известного как GroEL) и hsp70 (или DnaK) принимают участие в сворачивании, переносе и формировании более высокой структурной организации белка.

Во внутреннем митохондриальном пространстве hsp60 и hsp70 связываются с развернутым белком и помогают формированию точной конформационной организации. Этот этап укладки является энергозависимым и требует расщепления АТФ.

Наконец, семейство шаперонов hsp90 принима­ет участие в регуляции активности некоторых фак­торов транскрипции и различных белковых киназ. При относительно низкой концентрации белка он легко сворачивается должным образом из-за малой вероятности взаимодействия реактивных групп белка с активными группами других белков. Одна­ко при большой концентрации белка вероятность того, что он сложится должным образом, значи­тельно снижается. Обычно концентрация белка в органеллах эукариотических клеток высока.

Как работают шапероны

Как утверждалось ранее, шапероны находятся почти во всех органеллах и в цитоплазме. Белки-шапероны действуют в основном путем связыва­ния с активной поверхностью полипептидов, напри­мер, с гидрофильной поверхностью. Таким образом, шапероны блокируют эти активные поверхности и эффективно предотвращают агрегацию, облегчая правильную укладку полипептидной цепи.

Шапероны не связываются со своим полипептидным субстратом ковалентно. Часто белки должны быть импортированы в несложенном виде и затем вновь уложены после своего прохождения через мембрану органеллы, что также осуществляется частично благодаря шаперонам.

Например, белки теплового шока связываются с растущим полипептидом как только он освобож­дается от рибосомы. Эти шапероны удерживают рождающуюся молекулу в конформации, предот­вращающей преждевременную случайную укладку и способствующей переносу полипептида в митохон­дриальное пространство. Транспорт белков в мито­хондрии и высвобождение упакованного белка ATP-зависимые процессы (табл. 3-5 и 3-6).

Таблица 3-5. Некоторые характеристики шаперонов

● Присутствуют во многих организмах: от бактерий до человека ● Многие называются также белками теплового шока (hsp) ● Некоторые стимулируются при условиях, вызываю­щих денатурацию вновь синтезированных белков (например, повышение температуры и различные химические вещества) ● Они связываются с развернутым и свернутым белком ● Большинство шаперонов обладает АТРазной актив­ностью с вовлечением АТР или ADP во взаимодействие белок — шаперон ● Найдены в различных отделах клетки, таких как ци­тозоль, митохондрия, полость эндоплазматического ретикулума.

Таблица 3-6. Некоторые шапероны и ферменты, участвующие в процессе сворачивания белка в ше­роховатом эндоплазматическом ретикулуме

● BiP (белок связывания тяжелой цепи иммуноглобу­лина) ● GRP94 (белок, регулируемый глюкозой) ● Кальнексин ● PDI (дисульфидизомераза) ● PPI (пептидил-пролил-цис-транс-изомераза)