Молекулярные шапероны. Немного теории

Молекулярными шаперонами сегодня называют группу белков, которые взаимодействуют с развернутыми белками, стабилизируют их или способствуют ненативным белкам принять нативную конформацию, однако не входят в состав конечной функционирующей структуры (Hartl and Hayer-Hartl, 2009). Известно большое количество различных шаперонов, но все они обладают следующими свойствами (Walter and Buchner, 2002):

1. Все молекулярные шапероны способны связываться с развернутыми или частично развернутыми полипептидами. Связывание шаперонов с гидрофобными участками развернутых белков эффективно предотвращает агрегацию белков в клетке. Большинство шаперонов взаимодействуют с широким  спектром развернутых белков, которые сильно различаются по аминокислотной последовательности. В то же время нативные и почти полностью свернутые белки не являются более субстратами молекулярных шаперонов, поскольку на их поверхности отсутствуют обширные гидрофобные участки.
2. Шапероны изменяют конформацию своих белковых субстратов. Одним из примеров этого является контролируемое разворачивание белка, которое, во-первых, создает связь между системой сворачивания белков в клетке и системой их деградации, а также может являться важным этапом сворачивания белка. Особенно необходима помощь шаперонов в случае, когда в процессе сворачивания ненативный белок попадает в кинетическую ловушку. Разворачивание такой молекулы, осуществляемое шаперонами, нарушает ненативные взаимодействия и предоставляет белку еще один шанс сформировать нативную структуру.
3. Все шапероны способны к контролируемому высвобождению субстратов. Согласно законам термодинамики, связывание шаперона с гидрофобными участками молекулы субстрата стабилизирует состояние шаперона, характеризующееся высоким сродством к субстрату. Поэтому для высвобождения субстрата необходима энергия, которая, как правило, получается путем гидролиза ATP или при взаимодействии шаперонов с другими компонентами системы сворачивания белков в клетке.

Многие молекулярные шапероны называют белками теплового шока (Heat Shock Proteins, или сокращенно Hsp), поскольку их количество в клетке резко возрастает в условиях стресса - например, при повышении температуры. Белки теплового шока были впервые обнаружены в 80х годах XX века: тогда Пелхам и сотрудники показали, что в условиях теплового шока многие белки в клетке склонны к образованию неправильно свернутых форм и агрегации, и существуют белки, способные предотвращать эти процессы или исправлять возникающие ошибки (Pelham, 1986). Однако затем было показано, что работа шаперонов необходима для правильного сворачивания белка и в нормальных физиологических условиях. Таким образом, подтвердилось предположение о том, что в нормальных условиях в клетке могут происходить кинетические ошибки фолдинга(Deshaies et al., 1988; Cheng et al., 1989). Позднее было обнаружено, что сворачивание белка котрансляционно может происходить по другому пути, нежели сворачивание денатурированного белка. А совсем недавно А.Н. Федоров в своей докторской диссертации предположил, что шапероны могут ускорять сворачивание полипептидов, понижая энергетический барьер реакции сворачивания. По его мнению, это обеспечивается сдвигом равновесия от стабильных интермедиатов, имеющих высокий барьер до переходного состояния, к кинетически нестабильным интремедиатам с высокой энергией (и, соответственно, меньшей разницей энергии до переходного состояния).

P.S. rus-chaperons.blogspot.com - сделай свой литобзор достоянием общественности! :)