Chaperonă moleculară

Chaperonele moleculare sunt o clasă funcțională a familiilor de proteine , a căror funcție predominantă este prevenirea asocierilor incorecte și a agregării lanțurilor polipeptidice desfășurate, atât în condiții fiziologice, cât și în condiții de stres. Unul dintre primele studii privind condițiile de stres celular a fost realizat la începutul anilor 1960 prin expunerea glandelor salivare ale Drosophila melanogaster la temperaturi ușor peste cele optime pentru creșterea și dezvoltarea muștei și observând formarea de umflături localizate ale cromozomilor din polietilenă. Aceste dovezi au sugerat o schimbare specifică în expresia genelor, cu transcrierea genelor care codifică anumite proteine, numite „ proteine de șoc termic ”.

Chaperone moleculare și plierea proteinelor

Chaperonele moleculare cuprind mai multe familii de proteine foarte conservate; multe dintre acestea sunt, de asemenea, proteine de șoc termic. Rolul lor este legat de menținerea structurii proteinei în conformitate cu patru aspecte principale: a) asigură realizarea și menținerea stării conformaționale corecte a lanțurilor polipeptidice nou sintetizate; b) dirijează asamblarea complexelor multienzimatice; c) participă la menținerea sau crearea unei stări de denaturare parțială a proteinelor , favorizând astfel transportul acestora prin membranele mitocondriilor sau plastidelor; d) stabilizează proteinele deteriorate formate ca urmare a stresului chimic sau fizic, facilitând renaturarea și / sau degradarea acestora.

Toate compartimentele celulare ale celulelor eucariote ( nucleu , citosol , reticul endoplasmatic , mitocondrii și cloroplaste ) au propriul lor set de chaperone care asigură o pliere adecvată a proteinelor.

Clasificarea proteinelor de șoc termic

Au fost clasificate în șase familii, în principal pe baza greutății moleculare: hsp100 (100-110 kDa), hsp90 (83-90 kDa), hsp70 (66-78 kDa), hsp60, hsp40 și hsp mic (15- 30 kDa). Acestea se găsesc în diferite compartimente celulare unde sunt desemnate să îndeplinească funcții specifice.

HSP100

Membrii familiei Hsp100 sunt proteine foarte conservate, descoperite mai întâi în bacterii ca un sistem de protează cu două subunități numit Clp. Cea mai mare subunitate numită ClpA are activitate de desfășurare dependentă de ATP și proteinele legate de aceasta au fost detectate atât în bacterii, cât și în eucariote, unde efectuează activitate antiplachetară; subunitatea ClpP mai mică este o protează și s-a găsit în schimb numai în bacterii, asociată cu ClpA. Funcția principală a Hsp100 este de a promova îndepărtarea agregatelor de proteine formate în condiții de stres într-un mod dependent de ATP: ClpA favorizează desfășurarea agregatului care poate fi supus unui proces de repliere sau poate fi hidrolizat de subunitatea ClpP.

HSP90

Sunt proteine dimerice cu un situs de dimerizare situat în regiunea C-terminală. În regiunea N-terminală, acestea conțin un site de legare pentru ATP. Întreruperea Hsp90s într-un domeniu N-terminal și C-terminal arată că ambele fragmente pot suprima agregarea. Aceste rezultate sugerează că Hsp90s conține două situri de chaperonă, care contribuie independent la activitatea chaperonă moleculară. Mai mult, cele două situri prezintă specificitate diferită pentru substrat și dependență sau nu de ATP. Site-ul N-terminal interacționează cu proteinele și peptidele desfăcute, într-o manieră dependentă de ATP, în timp ce site-ul C-terminal pare să acționeze ca o chaperonă generală, într-un mod independent de ATP. Hsp90-urile par a fi implicate în transducția semnalului, având în vedere interacțiunile lor cu receptorii hormonilor steroizi și cu diferite kinaze ale ciclului celular.

HSP70

Proteinele Hsp70 se găsesc la toate speciile și funcția lor este de a facilita asamblarea complexelor de proteine multimerice și, ca chaperone moleculare, de a facilita plierea intracelulară a proteinelor. Acestea constau din două domenii funcționale; un domeniu carboxiterminal (aproximativ 28 kDa) care conține situsul de legare pentru polipeptidă și un domeniu amino terminal (aproximativ 44 kDa) care conține situsul de legare pentru ADP / ATP și care are activitate ATPază. Funcționează ca monomeri sau ca dimeri, recunoscând porțiuni de 7-8 reziduuri de aminoacizi. ADN Coli este un membru al familiei Hsp70 care poate induce stresul. Cooperează cu DnaJ (un Hsp40) și GrpE pentru a forma un sistem chaperon dependent de ATP implicat în procesele celulare.

HSP60

Multe Hsp60 aparțin familiei chaperoninei , complexe de proteine oligomerice formate din două inele suprapuse de 7-9 subunități, care formează o cavitate centrală în care sunt primite proteinele într-o stare non-nativă. Sistemul GroEL prezent în bacterii este un exemplu de Hsp60.

Este alcătuită din 14 subunități identice care sunt articulate împreună pentru a forma o structură cuaternară complexă formată din două inele heptamere suprapuse. Fiecare inel are o cavitate internă de 50 diameter în diametru care va adăposti proteina parțial denaturată. GroEL necesită, de asemenea, legarea și hidroliza ATP pentru activitatea sa de șaperonă. În acțiunea sa, GroEL este ajutat de o cochaperonă, GroES. Legarea cochaperonei, în prezența ATP, determină o schimbare conformațională în domeniul apical; în consecință, proteina substratului este îndepărtată de la locurile de legare și este eliberată în interiorul cavității, care, după legarea nucleotidei adenil și GroES, crește în dimensiune și trece de la o natură relativ hidrofobă la una polară. GroES promovează, de asemenea, hidroliza ATP. Plierea corectă a proteinei substratului necesită închiderea acesteia în camera constituită din complexul GroEL-GroES-ADP în cadrul căreia rămâne timp de aproximativ cincisprezece secunde; la sfârșitul acestui ciclu ATP se leagă de cel de-al doilea inel GroEL cu disocierea consecventă a complexului GroEL-ADP-GroES. Eliberarea cochaperonei determină o nouă modificare a conformației cu eliberarea consecutivă a proteinei substratului. Dacă polipeptida a atins conformația nativă corectă, aceasta va fi eliberată definitiv, altfel se poate lega din nou de GroEL începând un nou ciclu de pliere.

HSP40

Hsp40, la fel ca Hsp60, sunt implicate în stabilizarea și procesele corecte de pliere a proteinelor născute. Cel mai studiat și caracterizat este E. coli DnaJ care, după cum sa menționat deja, acționează ca cochaperonă cu DnaK (Hsp70)

Mic HSP / α-cristalin

Toți membrii acestei familii au subunități mai mici de 35 kDa și se caracterizează prin prezența unei secvențe omoloage de aproximativ 80 de reziduuri, numită „domeniu cristalin”. Se știe foarte puțin despre structura secundară și terțiară a shsp. La microscopul electronic α-cristalinele apar ca particule globulare de 14-18 nm, în timp ce din alte date se pare că sunt alcătuite din 40-50% β-foaie și 5-10% din α-elice. Α-cristalinele au o masă moleculară de 600-900 kDa și sunt proteine multimerice, formate din două subunități, αA și αB, membri ai familiei mici Hsp (shsp), care, ca și ceilalți membri ai familiei, împiedică proteinele să agregeze denaturate. . Α-cristalinele sunt prezente abundent în cristalinul mamiferului (35%) cu un raport αA și αB de 3: 1. ΑAs se găsesc în principal în lentila cu urme în celelalte țesuturi, în timp ce αBs sunt prezente mai omniprezent. Ținta fiziologică a cristalinelor α din lentilă pare a fi celelalte clase de cristalin (γ și β) și unele enzime „menajere”, dar în orice caz acțiunea chaperonă a cristalinelor α a fost evaluată și s-a dovedit a fi valabil pe o mare varietate de proteine structurale și enzime supuse diferitelor tipuri de stres (termic, UV, uree etc.), cum ar fi glutation S-transferaza, alcool dehidrogenaza, aldolaza, citrat sintetaza, aldoz reductaza, etc; deși mecanismul molecular de interacțiune dintre α-cristalin și substraturi rămâne în mare parte necunoscut. În studiul acțiunii chaperonice a cristalinelor α, definiția stării conformaționale a proteinelor substratului în timpul interacțiunii lor cu cristalinele α a fost de un interes deosebit. Se pare că cristalele α interacționează cu substratul în starea „ globulei topite ”: această stare are o structură compactă ca cea nativă, cu regiuni hidrofobe accesibile solventului, cu toate acestea, menținând aproape în totalitate structura secundară, a pierdut aproape o parte din tot terțiar. În acest fel, cristalele α sunt capabile să formeze complexe cu greutate moleculară mare numai cu proteine într-o formă MG instabilă, care se află pe calea agregării și precipitațiilor, probabil pentru că, comparativ cu ceilalți intermediari, au un procent mai mare de expuși suprafețe hidrofobe. Efectele fosforilării asupra activității de șaperonă a cristalinelor α nu au fost complet elucidate. Atât αA cât și αB pot fi parțial fosforilate pe reziduuri specifice in vivo. Fosforilarea resturilor specifice de Ser pare să apară de protein kinaze dependente de AMPc. Într-o lucrare recentă în care mutageneza dirijată pe site este utilizată pentru a imita fosforilarea. autorii demonstrează că activitatea chaperonă a acestor α-cristaline mutante este semnificativ redusă. Folosind mutageneza dirijată în situri în mai multe studii s-a constatat că α-cristalinele sunt în general stabile și pot tolera multe substituții de aminoacizi în structura lor primară. Au fost identificate numeroase mutații, atât în subunitățile αA, cât și în αB, care duc la cataractă la om și a fost evident că toate acestea au un efect dramatic asupra funcției chaperone a α-cristalinelor.

Chaperonopatii

Se crede ^{[ Trebuie menționat ]} că unele boli precum sindromul Williams și sindromul bolii Charcot-Marie-Tooth au o bază genetică în mutația anumitor proteine și, în special, o chaperonă, HSP27.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe Molecular Chaperone

Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie