Шаперон (белковина)

Во молекуларната биологија, молекуларни шаперони се белковини кои помагаат во склопувањето или расклопувањето на други макромолекуларни структури, како на пример други белковински молекули. Пред сѐ, шапероните служат во процесот на склопувањето на белковините . Првата белковина наречена шаперон помага во процесот на агрегација на нуклеозомите од хистони и ДНК. Ваквиот тип на шаперони, особено оние кои се наоѓаат во клеточното јадро, се одговорни за интеграцијата на веќе склопени подединици во сложени олигомерни структури.

Една важна функција на шапероните е да спречат агрегација во нефункционални структури на новосинтетизираните полипептидни синџири и разните веќе склопени подединици. Поради оваа причина, многу шаперони претставуваат белковини на топлински шок (англ. Heat shock proteins - HSP), бидејќи белковините имаат тенденција да се агрегираат кога се денатурирани под влијание на топлотен стрес. Во овој случај, шапероните не пренесуваат каква било дополнителна стерична информација потребна за белковината да се склопи. Меѓутоа, некои високоспецифични „стерични шаперони“ можат да пренесат специфична структурна (стерична) информација на белковината која не може самостојно да се склопи. Овие белковини ја прекршуваат догмата на Анфинсен, па затоа за нив е потребна белковинска динамика за да се склопат правилно.

 Локација и функции 
Многу шаперони се белковини на топлински шок, т.е., белковини чија експресија се јавува како одговор на покачена температура или друг тип на стрес на клетката. Причината е што склопувањето на белковините се нарушува при зголемување на температурата, па затоа, некои шаперони дејствуваат да се спречи или да се поправи штетата предизвикана од погрешното склопување на белковините. Друг тип на шаперони учествуваат во склопувањето на новосинтетизираните белковини, како што излегуваат од рибозомот. Иако повеќето новосинтетизирани белковини можат самостојно да се склопат, за некои е потребно присуство на шаперони за да можат правилно да се склопат.

Некои шаперонски системи функционираат како фолдази: тие го помагаат склопувањето на белковините со помош на енергијата ослободена при хидролиза на ATP (на пример, GroEL/GroES или DnaK/DnaJ/GrpE системите). Други шаперони функционираат како холдази: тие се врзуваат за посредници (интермедијатори) во процесот на склопување за да ја спречат нивната агрегација, на пример DnaJ или Hsp33.

Феноменот на макромолекуларно натрупување (англ. macromolecular crowding) можеби е битен за нормалното функционирање на шапероните. Натрупаната средина на цитозолот може да го забрза процесот на склопување, бидејќи компактен склопена белковина зафаќа помал волумен од расклопен полипептиден синџир. Од друга страна, макромолекуларното натрупување може негативно да влијае на процесот на правилно склопување на белковините, бидејќи доведува до зголемување на белковинската агрегација. Макромолекуларното натрупување, исто така, може да ја зголеми ефикасноста на шапероните како GroEL, кои може да се спротивстават на ваквото намалување во ефикасноста на склопувањето.

Шапероните кои ги енкапсулираат своите супстрати (на пр. GroES) се нарекуваат шаперонини. Тие се одликуваат со двојна прстенеста структура и се среќаваат кај прокариотите, во цитозолот на еукариотите и во митохондриите.

Други видови на шаперони се вклучени во транспортот низ мембраните, на пример мембраните на митохондриите и ендоплазматичниот ретикулум (ER) кај еукариотите. Бактерискиот транслокационо—специфичен шаперон ги одржува новосинтетизираните претходнички полипептидни синџири во состојба која е соодветна за транслокација и ги води до транслоконот.

Постојано се откриваат нови функции во кои учествуваат шапероните, како што се асистенција во деградацијата на белковините, активноста на бактериските атхезини, и во одговорот кај болестите поврзани со белковинска агрегација и кај канцерогените заболувања.

 Човечки шаперони 
Шапероните може да се најдат, на пример, во ендоплазматичниот ретикулум (ER), бидејќи биосинтезата на белковините често се одвива во оваа органела.

 Ендоплазматичен ретикулум 
Во ендоплазматичниот ретикулум (ER) постојат општи, лектински- и некласични молекуларни шаперони кои помагаат во склопувањето на белковините.

 Општи шаперони: GRP78/BiP, GRP94, GRP170.
 Лектински шаперони: калнексин и калретикулин
 Некласични молекуларни шаперони: HSP47 и ERp29
 Склопувачки шаперони:
 Белковина дисулфид изомераза (PDI),
 Пептидил пролил цис-транс-изомераза (PPI),Soluble complexes of target proteins and peptidyl prolyl isomerase ...
 ERp57

 Номенклатура и примери на бактериски и архејски шаперони 
Постојат повеќе различни семејства на шаперони; секое семејство на свој специфичен начин помага во склопувањето на белковините. Во бактеријата E. coli, експресијата на многу од овие шаперони е исклучително висока во услови на висок стрес; на пример, кога бактеријата е изложена на многу високи температури. Поради оваа причина, историски се има користено терминот „белковина на топлински шок“ за именување на овие шаперони. Претставката „Hsp“ (од англ. Heat shock protein) означува дека белковината припаѓа на групата на белковини на топлински шок.

 Hsp60 
Hsp60 (GroEL/GroES комплекс во E. coli) е најдобаро опишаниот голем (~ 1 MDa) шаперонски комплекс. GroEL е двоен прстен од 14 подединици со хидрофобен дел во областа на отворот; тој е толку голем што внатре во него може да навлезе и да се склопи зелената флуоресцентна белковина (GFP) со маса од 54 kDa. GroES е хептамер од еден прстен кој се врзува за GroEL во присуство на ATP или ADP. GroEL/GroES може да не биде во можност да ја отстрани претходната агрегација, но е компетитивен на патеката на погрешно склопување и агрегација. Тој, исто така, игра улога во митохондриската матрица како молекуларен шаперон.

 Hsp70 
Hsp70 (DnaK кај E. coli) е најдобро опишаниот мал (~ 70 kDa) шаперон.
мини|Жлеб за врзување на супстрат на hsp70.|алт=|262x262пкс
Hsp70 белковините се потпомогнати од страна на Hsp40 белковините (DnaJ кај E. coli), кои ја зголемуваат брзината на потрошувачка на ATP и активноста на Hsp70.

Иако точно не е познат механизмот на нивното делување, познато е дека Hsp70 белковините имаат висок афинитет на врзување за несклопени белковини кога имаат врзано ADP, а низок афинитет кога имаат врзано ATP.

Се смета дека повеќе Hsp70 молекули го опколуваат супстратот и го стабилизираат, со што спречуваат агрегација, сѐ додека супстратот правилно не се склопи, по што Hsp70 молекулите губат афинитет за него и дифундираат. Hsp70, исто така, делува како шаперон во митохондриите и хлоропластите на еукариотите.

 Hsp90 
Hsp90 (HtpG кај E. coli) е најслабо опишаниот шаперон. Неговата молекуларна тежина е околу 90 kDa, и тој е неопходен за правилното функционирање на еукариотските клетки (а веројатно и на прокариотските).

Секој Hsp90 има ATP-врзувачки домен, средиштен домен и домен за димеризација. Неодамна објавените структури на Vaughan et al. и Ali et al. укажуваат на тоа дека супстратите (познати и како клиентни белковини) може надворешно да се поврзат и за N-терминалниот домен и за средишниот домен на Hsp90.

Hsp90, исто така, може да бараат присуство на кошаперони за нормално функционирање, како имунофилини, Sti1, p50 (Cdc37) и Aha1, а, исто така, соработува со Hsp70 шаперонскиот систем.

 Hsp100 
Hsp100 (Clp семејство кај E. coli) белковините се проучувани in vivo и in vitro за нивната способност да целат и да расклопуваат погрешно склопени белковини кои биле обележани.

Белковините кои се припадници на Hsp100/Clp семејството формираат големи хексамерни структури со дефолдазна активност во присуство на ATP. Овие белковини функционираат како шаперони така што клиентната белковина процесивно провира низ мала (20 Å = 2 nm) пора.

Некои од Hsp100 шапероните, како ClpA и ClpX, се асоцираат со двојно-прстенестата тетрадекамерна серинска протеаза, ClpP. Овие шаперони, наместо да го катализираат повторното склопување на клиентните белковини, градат комплекс со серинската протеазата, ClpP, кој е одговорен за разградување на обележаните погрешно склопени белковини.

 Поврзано 

 Биолошки машини
Шаперонин
Хемиски шаперон
Белковина на топлински шок
Протеазом

 Наводи 

Категорија:Белковини
Категорија:Зборови што ги нема во ТРМЈ