Реферат по теме Основы фолдинга белков. Роль шаперонов в формировании и поддержании нативной конформации белковых молекул
 Скачать 19.52 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НГМУ Минздрава России) Кафедра медицинской химии Реферат по теме Основы фолдинга белков. Роль шаперонов в формировании и поддержании нативной конформации белковых молекул. (Обзор литературы) Выполнил(а): студентка 1 курса лечебного факультета специальности «Лечебное дело», 27 группы Богданова Галина Юрьевна Проверила: доцент кафедры медицинской химии, Гимаутдинова О. И. Новосибирск – 2023 Содержание Введение Основы фолдинга белков Роль шаперонов в формировании и поддержании нативной конформации белковых молекул Болезни, связанные с нарушением фолдинга белков Заключение Список литературы Введение Белки – один из важнейших компонентов всех живых организмов, представляет собой последовательность α-аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями в полипептидную цепь. Традиционно выделяют четыре уровня структурной организации белка – первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Причем свои функции белки могут выполнять, только находясь в уникальной нативной конформации. Учеными доказано, что в клетке есть специальные белки, которые обеспечивают правильное сворачивание полипептидных цепей в нативную структуру. Они обеспечивают оптимальный фолдинг белков клетки, стабилизируют их нативную конформацию при функционировании и поддерживают структуру и функции внутриклеточных белков при нарушении гомеостаза. Эти белки получили название шапероны. Таким образом, шапероны - ремоделирующие белки, участвующие во многих внутриклеточных реакциях и вовлеченные в процессы коррекции структуры белковых клеток. 1. Основы фолдинга белков Фолдинг белков – это процесс укладки вытянутой полипептидной цепи в правильную трехмерную пространственную структуру. Для обеспечения фолдинга используется группа вспомогательных белков под названием шапероны (chaperon, франц. – спутник, нянька). Они предотвращают взаимодействие новосинтезированных белков друг с другом, изолируют гидрофобные участки белков от цитоплазмы и "убирают" их внутрь молекулы, правильно располагают белковые домены. Шапероны представлены семействами, состоящими из гомологичных по строению и функциям белков, которые отличаются по характеру экспрессии и присутствию в разных компонентах клетки. В целом шапероны способствуют переходу структуры белков от первичного уровня до третичного и четвертичного, но они не входят в состав конечной белковой структуры. Новосинтезированные белки после выхода с рибосом для правильного функционирования должны укладываться в стабильные трехмерные структуры и оставаться такими на протяжении всей функциональной жизни клетки. Поддержание контроля качества структуры белка и осуществляется шаперонами, катализирующими укладку полипептидов. Сборка полипротеинов и укладка мультибелковых комплексов также осуществляется шаперонами. Шапероны связываются с гидрофобными участками неправильно уложенных белков, помогают им свернуться и достигнуть стабильной нативной структуры и, тем самым, предотвращают их включение в нерастворимые и нефункциональные агрегаты. В течение своей функциональной жизни белок может подвергаться денатурации. Такие частично денатурированные белки могут стать, во-первых, мишенью протеаз, во-вторых, агрегировать и, в-третьих, укладываться в нативную структуру с помощью шаперонов. Баланс и эффективность, с которой происходят эти три процесса, определяются соотношением компонентов, участвующих в этих реакциях. 2. Роль шаперонов в формировании и поддержании нативной конформации белковой молекулы Среди шаперонов различают: -конститутивные белки (высокий базальный синтез которых не зависит от стрессовых воздействий на клетки организма); -индуцибельные, синтез которых в нормальных условиях идёт слабо, но при стрессовых воздействиях на клетку резко увеличивается. Индуцибельные шапероны относят к "белкам теплового шока", быстрый синтез которых отмечают практически во всех клетках, которые подвергаются любым стрессовым воздействиям. Название "белки теплового шока" возникло в результате того, что впервые эти белки были обнаружены в клетках, которые подвергались воздействию высокой температуры. Основная функция молекулярных шаперонов - способность связываться с развернутыми или частично развернутыми полипептидами. Для предотвращения агрегации белков шапероны обычно связываются с гидрофобными участками. Также они могут изменять конформацию белковых субстратов. За счет этого возможно контролируемое разворачивание белка, которое, создает связь между системой сворачивания белков в клетке и системой их деградации, а также может являться важным этапом сворачивания белка. Некоторые виды шаперонов участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за влияние температуры на неправильное свертывание белка. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданного белка в тот момент, когда он «вытягивается» из рибосомы. Насмотря на то, что большинство видов только что синтезированного белка могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторым видам обязательно требуется их присутствие. Помимо этого, белок шаперон играет роль в регенерации. Он борется с первопричиной старения кожи. Вырабатываясь в клетках кожи, шапероны способствуют нормальной укладке белка в стабильные четвертичные структуры. На основе белка теплового шока уже создаются новые поколения геля с шаперонами, которые помогают коже получить недостающий белок, так как выработка шаперонов уменьшается с возрастом. Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот. Кроме того, продолжают обнаруживаться новые функции шаперонов, например, участие в разрушении белка, в реакциях на заболевания, связанные с агрегацией белка: муковисцидоза и лизосомных болезней накопления, а также нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Гентингтона и Паркинсона. Потенциальной предпосылкой развития нейродегенеративного заболевания является наличие генетической предрасположенности. В этом процессе участвуют различные факторы стресса на протяжении всего онтогенеза организма. Нейродегенеративные заболевания связаны с изменениями пространственной структуры белковой молекулы. Механизм возникновения различных патологий основан на агрегации белков с измененной пространственной структурой, а за правильное сворачивание белка и предупреждение агрегации в клетке отвечают различные молекулярные шапероны, как это было отмечено выше. Кроме этого шапероны исправляют и сворачивают мутантные белки на протяжении всей жизни, но по мере старения организма мутантных белков становится все больше и больше. Они запускают реакцию агрегации, в результате которой образуются патологические белковые скопления. В частности при болезни Альцгеймера происходит дегенерация нейронов центральной нервной системы. Накапливается бета-амилоидный белок и тау-белок, что в сумме приводит к нарушениям в синоптической передаче импульсов между нейронами. 3. Болезни, связанные с нарушением фолдинга белков Расчёты показали, что лишь небольшая часть теоретически возможных вариантов полипептидных цепей может принимать одну стабильную пространственную структуру. Большинство же таких белков может принимать множество конформаций с примерно одинаковой энергией Гиббса, но с различными свойствами. Первичная структура большинства известных белков, отобранных эволюцией, обеспечивает исключительную стабильность одной конформации. Однако некоторые растворимые в воде белки при изменении условий могут приобретать конформацию плохо растворимых, способных к агрегации молекул, образующих в клетках фибриллярные отложения, именуемые амилоидом (от лат. amylum - крахмал). Так же как и крахмал, амилоидные отложения выявляют при окраске ткани йодом. Это может происходить: при гиперпродукции некоторых белков, в результате чего увеличивается их концентрация в клетке; при попадании в клетки или образовании в них белков, способных влиять на конформацию других молекул белка; при активации протеолиза нормальных белков организма, с образованием нерастворимых, склонных к агрегации фрагментов; в результате точечных мутаций в структуре белка. В результате отложения амилоида в органах и тканях нарушаются структура и функция клеток, наблюдают их дегенеративные изменения и разрастание соединительнотканных или глиальных клеток. Развиваются болезни, называемые амилоидозами. Для каждого вида амилоидоза характерен определённый тип амилоида. В настоящее время описано более 15 таких болезней. Болезнь Альцгеймера Болезнь Альцгеймера - наиболее часто отмечаемый амилоидоз нервной системы, как правило, поражающий лиц преклонного возраста и характеризующийся прогрессирующим расстройством памяти и полной деградацией личности. В ткани мозга откладывается амилоид - белок, образующий нерастворимые фибриллы, нарушающие структуру и функции нервных клеток. Амилоид - продукт изменения конформаций нормального белка организма человека. Он образуется из более крупного предшественника частичным протеолизом и синтезируется во многих тканях. Амилоид, в отличие от своего нормального предшественника, содержащего много спиральных участков, имеет вторичную складчатую структуру, агрегирует с образованием нерастворимых фибрилл, устойчив к действию протеолитических ферментов. Возможно, с возрастом уменьшается синтез шаперонов, способных участвовать в формировании и поддержании нативной конформаций белков, или увеличивается активность протеаз, что приводит к увеличению концентрации белков, склонных изменять конформацию. Прионовые болезни Прионы - особый класс белков, обладающих инфекционными свойствами. Попадая в организм человека или спонтанно возникая в нём, они способны вызывать тяжёлые неизлечимые заболевания ЦНС, называемые прионовыми болезнями. Прионовый белок кодируется тем же геном, что и его нормальный аналог, то есть они имеют идентичную первичную структуру. Однако два белка обладают различной конформацией: прионовый белок характеризуется высоким содержанием слоёв, в то время как нормальный белок имеет много спиральных участков. Кроме того, прионовый белок обладает устойчивостью к действию протеаз и, попадая в ткань мозга или образуясь там спонтанно, способствует превращению нормального белка в прионовый в результате межбелковых взаимодействий. Образуется так называемое "ядро полимеризации", состоящее из агрегированных прионовых белков, к которому способны присоединяться новые молекулы нормального белка. В результате в их пространственной структуре происходят конформационные перестройки, характерные для прионовых белков. Известны случаи наследственных форм прионовых болезней, вызванных мутациями в структуре данного белка. Однако возможно и заражение человека прионовыми белками, в результате чего возникает заболевание, приводящее к гибели больного. Заключение Таким образом, шапероны играют важную роль в жизнедеятельности организма, участвуя в фолдинге белка, а также исправляя на своем уровне неправильно собранные. Понимание механизма работы шапероны и детальное изучение их роли в развитии различных заболеваний может позволить ученым найти эффективные методы их лечения. Список литературы Терах, Е. И. Курс лекций по биоорганической химии / 2022 Гришкова М.В., Кутузова Н.М. Роль молекулярных шаперонов в развитии нейродегенеративных заболеваний (обзор литературы)/ М.В. Гришкова, Н.М. Кутузова// Земский врач. – 2018.– С.26-28. Мельникова Э.Э., Ротанова Т.В. Молекулярные шапероны/ Э.Э. Мельникова, Т.В. Ротанова// Биоорганическая химия. – 2018. С. 5-14. |