Самоорганизация белка

2.2.1. Самоорганизация белка

В живой клетке белок синтезируется на рибосоме. Биохимический синтез белковой цепи занимает порядка минуты. Сворачивание белка может начинаться еще на рибосоме, еще до окончания ее полного синтеза всей белковой цепи. Рибосома выдает белковую цепь постепенно и не вполне равномерно – есть паузы, приостановки биосинтеза на редких (в клетке тРНК) кодонах. Предполагается, что соответствие пауз границам структурных доменов способствует их спокойному созреванию.

Единицей самоорганизации является не белок в целом, а его отдельный домен, т.е. полусвернутый домен не наблюдается.

В клетке белковая цепь сворачивается под опекой специальных белков – шаперонов. Шапероны препятствуют агрегации белков. Многие из них продуцируются клеткой в ответ на тепловой шок, т.к. при повышении температуры возрастают вызывающие агрегацию гидрофобные силы. С неприятностями, причиняемыми агрегацией, в клетке борются “маленькие” шапероны типа hsp70 – связываются с белком, предохраняя его от агрегации, а потом сбрасываются. “Большие” шапероны типа GroEL/GroES или TriC работают, в основном, с многодоменными белками, и особенно, с белками, чьи домены составлены из отдаленных кусков цепи. Эти шапероны образуют как бы пробирку, куда поступает новорожденный (и предварительно облепленный шаперонами типа hsp70 и/или hsp40) белок или его домен. Эта “пробирка” защищает новорожденный белок и от агрегации, и от действия концентрированного клеточного “супа” с его протеазами и т.д. При этом пробирка время от времени активно трясется (при этом в GroEL происходят конформационные превращеня, увеличивающие или уменьшающие его гидрофобную поверхность), открывается и закрывается, но отпускает она белок только тогда, когда он уже свернется и перестанет липнуть к пробирке. Таким образом, шапероны служат инкубаторами для сворачивания белка. Они работают и как холодильники, задерживая сворачивание белка до тех пор, пока он не сможет включиться в нужную четверичную структуру или не будет перенесен в нужное место клетки.

Кроме того, самоорганизация белков может ускоряться некоторыми ферментами типа пролиз-изомеразы (катализирующей медленно само по себе идущее превращение trans пролинов в cis и обратно; иногда именно оно лимитирует скорость сворачивания) или дисульфид-изомеразы (катализирующей сшивание и расшивание S-S связей).

Рибосомы и некоторые из компонент рибосомы (большая субъединица, 23S РНК) могут функционировать как молекулярные шапероны, способные облегчить и ускорить сворачивание предварительно денатурированных белков.

В живой клетке сворачивание белка происходит в насыщенном макромолекулярном окружении. За время эволюции возник ряд механизмов, позволяющих уйти от проблем, создаваемых этим окружением. Эти механизмы включают как действие разных семейств молекулярных шаперонов, так и все возрастающую важность ко-трансляционного сворачивания (т.е. сворачивание растущей белковой цепи за время, пока она еще прикреплена к рибосоме) по сравнению с пост-трансляционным, особенно в эукариотических клетках.

Существует гипотеза “эволюционного сдвига” от пост-трансляционного к ко-трансляционному сворачиванию по мере того, как эукаритические клетки возникли из комбинаций прокариотических и по мере того, как развивались более крупные и сложные белки (типичный белок эукариот состоит из четырех-пяти доменов, прокариот – из двух).

Однако при этом, не существует оснований предполагать, что что-либо, кроме самой аминокислотной последовательности, обеспечивает конформацию белка в клеточном окружении.