Białka przedostają się do proteasomu poprzez "rozruch" już wdrożony • Vera Bashmakova • Wiadomości naukowe o "elementach" • Biologia molekularna

Białka przedostają się do proteasomu przez już uruchomione „run-up”

Struktura proteasomu. Obraz z Instytutu Biochemii Maxa Plancka

Proteasom to kompleks białkowy, który selektywnie degraduje białka w komórce. Chociaż proteasom został szczegółowo przebadany od późnych lat siedemdziesiątych (a do tego wręczono Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2004 r.), Jego prace wciąż pełne są tajemnic i białych plam. Na przykład kwestia, w jaki sposób i gdzie białko wchodzące do proteasomu jest "odwiane" i jak radzi sobie z utrzymaniem promowanego białka, nie jest w pełni zrozumiała. Ostatnio opublikowany artykuł w czasopiśmie Natura, daje odpowiedzi na te pytania.

W cytoplazmie komórki przepuszczają wiele białek, a ich skład jest stale aktualizowany – białka nowonarodzone pochodzą od rybosomów, a "postarzone", uszkodzone i nieprawidłowo złożone komórki ulegają podziałowi (informacje na temat rozwoju białek, patrz: Elementy, 01.09.2010, dla szkód, które nieprawidłowo zwinięte białka mogą powodować komórkę, zobacz: Neurofibrylarne sploty w chorobie Alzheimera nie są zabójcami, ale obrońcami komórek? Elementy ", 15.05.2010).

Zniszczenie "niepożądanych" białek zachodzi na dwa sposoby. Po pierwsze, białko może zostać wchłonięte przez lizosom (nie wybacza bardzo selektywnie białek;Lizosomy są jednak organellami, są one zbyt duże, aby występować w każdym zakamencie komórkowym i korbowym i zapewniają wszechobecną potrzebę komórki do degradacji białek). Po drugie, białko może zostać złapane przez proteasom (patrz także Proteasom), który omówimy teraz.

Proteasom to gigantyczny (o masie cząsteczkowej około 2000 kilodaltonów) kompleks białkowy. Klasyczny proteasom składa się z jednej centralnej cząstki (jej współczynnik sedymentacji – patrz analiza sedymentacji – wynosi 20S, a więc – 20S – jest to zazwyczaj nazywane), w którym występuje podział białka, oraz dwa regulatory (19S), położone po obu stronach . Cząstki 19S rozpoznają substrat i przesyłają go do ujścia 20S.

Proteasom nie jest zaangażowany w rabunek i nie niszczy pierwszych nadchodzących białek. Jego ofiary powinny być oznaczone "czarnym znakiem" – łańcuchem z co najmniej czterema małymi białkami ubikwityny (przy okazji, istnieją dowody na to, że rola ubikwityny nie zawsze jest "mordercza", patrz artykuł "Wszechobecny ubikwityna"). "Szycie" ubikwityny dla skazanej wiewiórki odbywa się w kilku etapach za pomocą trzech rodzajów enzymów. To wszechobecny łańcuch rozpoznaje cząstki 19S, po czym wysyła "samobójcę-zamachowca" na rusztowanie.

Struktura cząsteczek 20S proteasomu od archeonów Thermoplasma acidophilum. Komora katalityczna – komora katalityczna, Przedsionek – "przedsionek". V129, S95 i R115 – reszty waliny, seryny i argininy, które zostały zastąpione przez cysteinę, po czym można do nich dołączyć białka (patrz poniżej). Obraz z artykułu w dyskusji Natura

Cząstki 20S składają się z czterech ułożonych w stos pierścieni, z których każdy z kolei tworzy siedem podjednostek. Każdy zewnętrzny pierścień jest utworzony przez siedem podjednostek alfa (α7); służą jako miejsce przywiązania dla cząstek 19S i "drzwi", w które wchodzi skazane białko. Każdy wewnętrzny pierścień jest utworzony przez siedem podjednostek beta (β7) i to w nich występuje rozszczepienie białek. W cząstce 20S znajdują się trzy wnęki – jedna centralna, katalityczna, w której rozpadają się białka, oraz dwa "przedsionki", w których białka giną przed "wejściem na rusztowanie".

Prosta logika sugeruje, że przed rozcięciem splątanego łańcucha białkowego na kawałki, musi być przynajmniej częściowo rozplątany. Oczywiście, białka zaczynają się rozwijać w cząsteczce 19S proteasomu, ponieważ cząstki 20S mają bardzo wąski otwór, tylko 13 Å, a fałdowane białko po prostu nie wnika do niego.Ale to, co dzieje się z białkiem w "fazie rozruchu" iw jakim stanie, nie jest jeszcze znane.

Grupa badaczy z University of Toronto (Kanada) i Instytutu Biochemii im. Maxa Plancka (Niemcy) przyjęli rozsądne założenie, że rozwijanie łańcucha białkowego zachodzi w jamach "przed drzwiami" cząstki 20S. Aby to udowodnić (a jednocześnie zbadać, co dzieje się z białkiem tam, w środku) przeprowadzili serię eksperymentów za pomocą spektroskopii NMR (patrz spektroskopia NMR, a także magnetyczny rezonans jądrowy).

Aby bardziej szczegółowo i wypróbować pracę ubytku przed drzwiami, badacze pobrali od razu trzy białka, tak różne, jak to tylko możliwe między sobą, jak fałdowanie, ładowanie itp. Te białka (dokładniej, nie były to całe białka, ale tylko fragmenty białka, z którymi było po prostu wygodniej pracować) nazywane były EnHD, FynSH3 i Pin1WW. Wszystkie, pozostawione same w roztworze z podjednostką 20S, zostały łatwo rozłożone.

Główna część badań została przeprowadzona nie na całym kompleksie (jego rozmiar już nakłada ograniczenia na metodę spektroskopową – na przykład niemożliwe jest działanie w dużym zakresie temperatur), ale na dwóch α7 pierścienie, które spontanicznie łączą się w roztworze, jeśli nie ma β7 pierścienie. W α7α7 w przybliżeniu jest to samo wgłębienie, co predoor, a praca z nim jest o wiele łatwiejsza. Ponadto, najważniejsze wyniki, naukowcy potwierdzili na całym α7β7β7α7-complex.

Na tej powierzchni α7-Rolki, które są zwrócone w stronę jamy, naukowcy wybrali trzy punkty, do których N-koniec białka został "zszyty" (punkty te są pokazane na rysunku jako V129, S95 i R115). Natywny aminokwas w każdym z tych obszarów został zastąpiony cysteiną, do której teraz można dołączyć łańcuch białkowy za pomocą specjalnego odczynnika. Białko pozostało związane z wnęką, aż czynnik, który go uwolnił, dodano do roztworu.

Widma białek wewnątrz jamy były całkowicie różne od widm tych białek, gdy zostały poprawnie złożone, swobodnie pływały w roztworze. Przeciwnie, przypominały widma białek w stanie zdenaturowanym (tj. Całkowicie nieopakowanym). Oznacza to, że nasza jama jest miejscem, w którym białka "odprężają się" w łańcuchu aminokwasów.

Należy zauważyć, że niezależnie od trzech możliwych miejsc w jamie, do których przywiązaliśmy nasze białka, ich widma zmieniły się bardzo niewiele, co oznacza, żeże specyficzne umiejscowienie białka w jamie nie ma większego znaczenia – gdziekolwiek się pojawi, to nadal będzie stosowane.

Teraz trzeba było się dowiedzieć, czy samo wgłębienie się zmienia (a jeśli tak, to ile), kiedy substrat się do niego dostanie. Okazało się, że zmiany te są nieistotne: kompleks rozwija białka, praktycznie "nieruchome", bez pomocy energetycznych rekonfiguracji konformacyjnych.

Innym interesującym punktem jest to, że kompleks działał inaczej w różnych temperaturach. Jedno z naszych trzech białek, EnHD, rozłożyło się w jamie nawet w temperaturze 25 ° C, podczas gdy reszta w tej temperaturze była w stanie zbliżonym do stanu złożonego i mogła obracać się tylko w wyższej temperaturze. Wydaje się, że wynika to z tego, jak trudno jest rozwikłać jedną lub inną strukturę – na przykład EnHD jest zwinięty w helisę alfa, a FynSH3 i Pin1WW mają konformację beta.

Jakie wnioski możemy wyciągnąć z danych? Najwyraźniej tak jest. Białko (składające się z wielu aminokwasów, z których każdy ma pewne właściwości – hydrofilowość, hydrofobowość, ładunek elektryczny) wchodzi do wnęki przedsionka proteasomu.Ta wnęka jest również wyłożona różnymi aminokwasami i grupami aminokwasów, które przyciągają odpowiednie aminokwasy białka (na przykład, naładowane dodatnio przyciągają ujemnie naładowane i na odwrót). W rezultacie białko rozciąga się, traci swoją oryginalną konformację i rozwija się w łańcuch. I ten rozszerzony łańcuch jest wysyłany do centralnej katalitycznej jamy proteasomu, gdzie zostanie pocięty na kawałki.

Źródło: Amy M. Ruschak, Tomasz L. Religa, Sarah Breuer, Susanne Witt, Lewis E. Kay. Przedsionek proteasomu utrzymuje substraty w stanie rozłożonym // Natura. 2010. V. 467. P. 868-871.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: