Chaperonin - Chaperonin

Chaperoniny jsou proteiny, které poskytují příznivé podmínky pro správné skládání jiných proteinů, čímž zabraňují agregaci. Zabraňují nesprávnému skládání bílkovin, což předchází nemocem, jako je nemoc šílených krav. Nově vyrobené bílkoviny obvykle musí složit z lineárního řetězce aminokyselin do trojrozměrného terciární struktura. Chaperoniny patří do velké třídy molekul, které pomáhají skládat proteiny, tzv molekulární chaperony.[1][2] Energie pro skládání bílkovin je dodávána adenosintrifosfát (ATP). Chaperoninové proteiny mohou také označovat špatně složené proteiny, které mají být degradovány.

Struktura

Struktura těchto chaperoninů připomíná dva koblihy naskládané na sebe, aby vytvořily hlaveň.

Každý kruh se skládá ze 7, 8 nebo 9 podjednotek v závislosti na organismu, ve kterém se chaperonin nachází.

Kategorie chaperoninů

Skupina I

Chaperoniny skupiny I se nacházejí v bakterie stejně jako organely z endosymbiotikum původ: chloroplasty a mitochondrie.

Komplex GroEL / GroES v E-coli je chaperonin skupiny I a nejlépe charakterizovaný velký (~ 1 MDa) chaperoninový komplex.

  • GroEL je dvoukruhový 14mer s mastnotou hydrofobní náplast při jejím otevření a pojme nativní skládání substrátů o velikosti 15-60 kDa.
  • GroES je heptamer s jedním kruhem, který se váže na GroEL v přítomnosti ATP nebo analogů přechodného stavu hydrolýzy ATP, jako je ADP-AlF3. Je to jako obal, který pokrývá GroEL (krabička / láhev).

GroEL / GroES nemusí být schopen vrátit agregáty proteinů, ale kineticky soutěží v cestě chybného skládání a agregace, čímž brání tvorbě agregátů.[3]

Skupina II

Termosom chaperonin II, hetero16mer, Sulfolobus solfataricus.

Chaperoniny skupiny II, nalezené v eukaryotický cytosol a v archaea, jsou špatně charakterizovány.

TRiC, eukaryotický chaperonin, je složen ze dvou kruhů s osmi různými, i když příbuznými podjednotkami, z nichž každý je považován za zastoupený jednou za osmičlenný kruh. Původně se předpokládalo, že TRiC skládá pouze cytoskeletální proteiny aktin a tubulin, ale nyní je známo, že skládá desítky substrátů.

Mm cpn (Methanococcus maripaludis chaperonin), nalezený v archaea Methanococcus maripaludis, se skládá ze šestnácti stejných podjednotek (osm na kruh). Ukázalo se, že složil mitochondriální protein rhodanese; dosud však nebyly identifikovány žádné přírodní substráty.[4]

Předpokládá se, že chaperoniny skupiny II nevyužívají kofaktor typu GroES k skládání svých substrátů. Místo toho obsahují „zabudované“ víčko, které se zavírá způsobem závislým na ATP, aby zapouzdřilo své substráty, což je proces, který je vyžadován pro optimální aktivitu skládání proteinu.

Mechanismus účinku

Chaperoniny procházejí velkými konformačními změnami během skládací reakce jako funkce enzymatické hydrolýza ATP, stejně jako vazba substrátových proteinů a kochaperoninů, jako je GroES. Tyto konformační změny umožňují chaperoninu vázat rozložený nebo nesprávně složený protein, zapouzdřit tento protein v jedné z dutin vytvořených dvěma kruhy a uvolnit protein zpět do roztoku. Po uvolnění bude substrátový protein buď složen, nebo bude vyžadovat další kola skládání, v takovém případě může být opět vázán chaperoninem.

Přesný mechanismus, kterým chaperoniny usnadňují skládání substrátových proteinů, není znám. Podle nedávných analýz provedených různými experimentálními technikami se substrátové proteiny vázané na GroEL vyskytují v souboru kompaktních a lokálně expandovaných stavů, které postrádají stabilní terciární interakce.[5] Byla navržena řada modelů působení chaperoninů, které se obecně zaměřují na dvě (vzájemně se nevylučující) role chaperoninového interiéru: pasivní a aktivní. Pasivní modely považují chaperoninovou klec za inertní formu, přičemž mají vliv snížením konformačního prostoru přístupného pro proteinový substrát nebo zabráněním mezimolekulárním interakcím, např. prevencí agregace.[6] Aktivní role chaperoninu je zase zapojena do specifických interakcí chaperonin-substrát, které mohou být spojeny s konformačními přesmyky chaperoninu.[7][8][9]

Pravděpodobně nejoblíbenějším modelem aktivní role chaperoninu je iterativní žíhací mechanismus (IAM), který se zaměřuje na účinek iterativní a hydrofobní povahy vazby proteinového substrátu na chaperonin. Podle výpočtových simulačních studií vede IAM k produktivnějšímu skládání rozložením substrátu ze špatně složených konformací[9] nebo prevencí před nesprávným složením bílkovin změnou dráhy skládání.[7]

Zachování strukturní a funkční homologie

Jak již bylo zmíněno, všechny buňky obsahují chaperoniny.

Tyto proteinové komplexy se jeví jako nezbytné pro život v E-coli, Saccharomyces cerevisiae a vyšší eukaryoty. I když existují rozdíly mezi eukaryotickými, bakteriálními a archaálními chaperoniny, obecná struktura a mechanismus jsou zachovány.[2]

Bakteriofág T4 morfogeneze

Snustad[10] identifikovaný genový produkt 31 (gp31) z bakteriofág T4 jako protein potřebný pro morfogenezi bakteriofága, která působí katalyticky spíše než začlenit do struktury bakteriofága. Bakterie E-coli je hostitelem bakteriofága T4. Zdá se, že protein gp31 kódovaný bakteriofágem je funkčně homologní s E-coli kochaperoninový protein GroES a je schopen jej nahradit při sestavování virionů fága T4 během infekce.[11] Stejně jako GroES tvoří gp31 stabilní komplex s GroEL chaperonin, který je naprosto nezbytný pro skládání a montáž in vivo bakteriofágového T4 hlavního kapsidového proteinu gp23.[11]

Viz také

Reference

  1. ^ Howard Hughes Vyšetřovatelé: Arthur L. Horwich, M.D.
  2. ^ A b Robb, Frank T .; Alberto J. L. Macario; Yohda, Masafumi; Macario, Everly Conway de (2019-03-15). „Překlenovací lidské chaperonopatie a mikrobiální chaperoniny“. Komunikační biologie. 2 (1): 103. doi:10.1038 / s42003-019-0318-5. ISSN  2399-3642. PMC  6420498. PMID  30911678.
  3. ^ Fenton WA, Horwich AL (květen 2003). "Chaperoninem zprostředkované skládání proteinů: osud substrátového polypeptidu". Q. Rev. Biophys. 36 (2): 229–56. doi:10.1017 / S0033583503003883. PMID  14686103.
  4. ^ Kusmierczyk AR, Martin J (květen 2003). „Nukleotidově závislý protein skládající se v chaperoninu typu II z mezofilního archaeonu Methanococcus maripaludis“. Biochem. J. 371 (3): 669–673. doi:10.1042 / BJ20030230. PMC  1223359. PMID  12628000.
  5. ^ Hartl, FU; Hayer-Hartl, M (2009). "Konvergující koncepce skládání proteinů in vitro a in vivo". Přírodní strukturní a molekulární biologie. 16 (6): 574–581. doi:10.1038 / nsmb.1591. PMID  19491934.
  6. ^ Apetri, AC; Horwich, AL (2008). "Chaperoninová komora urychluje skládání bílkovin pasivním působením zabraňujícím agregaci". Sborník Národní akademie věd. 105 (45): 17351–17355. doi:10.1073 / pnas.0809794105. PMC  2579888. PMID  18987317.
  7. ^ A b Kmiecik, S; Kolinski, A (2011). „Simulace účinku chaperoninu na skládání proteinů: posun od nukleace - kondenzace k rámcovému mechanismu“. Journal of the American Chemical Society. 133 (26): 10283–10289. doi:10.1021 / ja203275f. PMC  3132998. PMID  21618995.
  8. ^ Chakraborty, K; Chatila, M; Sinha, J; Shi, Q; Poschner, BC; Sikor, M; Jiang, G; Lamb, DC; Hartl, FU; Hayer-Hartl, M (2010). "Chaperoninem katalyzovaná záchrana kineticky uvězněných států při skládání proteinů". Buňka. 142 (1): 112–122. doi:10.1016 / j.cell.2010.05.027. PMID  20603018.
  9. ^ A b Todd, MJ; Lorimer, GH; Thirumalai, D. (1996). „Chaperoninem usnadněné skládání proteinů: optimalizace rychlosti a výtěžku pomocí iteračního mechanismu žíhání“. Sborník Národní akademie věd. 93 (9): 4030–4035. doi:10.1073 / pnas.93.9.4030. ISSN  0027-8424. PMC  39481. PMID  8633011.
  10. ^ Snustad DP. Interakce dominance v buňkách Escherichia coli smíšeně infikovaných bakteriofágovými mutanty T4D divokého typu a jantaru a jejich možné důsledky, pokud jde o typ funkce genového produktu: katalytické vs. stechiometrické. Virologie. 1968; 35 (4): 550-563. doi: 10.1016 / 0042-6822 (68) 90285-7
  11. ^ A b Marusich EI, Kurochkina LP, Mesyanzhinov VV. Chaperony v sestavě bakteriofága T4. Biochemie (Mosc). 1998; 63 (4): 399-406

externí odkazy