Трансляция у прокариот. Факторы фолдинга.

Особенности трансляции у прокариот:

 1.​ Иными параметрами рибосом, имеющими коэффициент седиментации 70S = 30S + 50S;

2.​ Наличием дополнительных белковых факторов инициации, элонгации и терминации;

3.​ Сопряжением транскрипции и трансляции, когда на ещё не полностью синтезированных иРНК уже может начаться трансляция;

4.​ Значительно меньшим числом синтезируемых белков при участии 22 видов тРНК вместо примерно 60 в цитоплазме.

ФАКТОРЫ ФОЛДИНГА

 

К ним можно отнести лиганды неорганической (напр., ионы металлов) и органической природы (напр., хромофорные группы), а также белковые факторы.

Роль лигандов:

Увеличивают стабильность белка, частично формируют вторичную структуру и третичную, меняют трктичную структуру

Белковые факторы фолдинга делят на две группы:

1.​ Белки с каталитической активностью, т.е. ферменты фолдинга – фолдазы. Обнаружено пока только два таких фермента. Они требуются для процесса лишь в каталитических количествах, т.е. в концентрациях на несколько порядков более низких, чем концентрациях обслуживаемых ими белков.

ПРОТЕИНДИСУЛЬФИДИЗОМЕРАЗА (ПДИ) – катализирует в белках перемещение S-S связей. Разрывает неправильно образованные дисульфидные мостики. Сильно влияет на мембраносвязанные белки.

ПЕПТИДИЛПРОЛИЛИЗОМЕРАЗА (ППИ) – влияет на образование изгиба в месте включения пролина. Катализирует временный разрыв пептидной связи, поворот кольца пролина вокруг ее плоскости, для того, чтобы кольцо пролина и радикал рядом стоящей амкт оказались в цис-конфигурации, после чего происходит изгиб и правильная укладка.

 

Шапероны.

Шапероны исторически были открыты как белки теплового щока. Функции: обеспечение правильного фолдинга путем предупреждения беспорядочной агрегации; обеспечение рефолдинга – восстановления структурыденатурированных белков; участие во внутриклеточном транспорте белков в лизосомы и митохондрии; поддержание ряда белков в определенной конформации, обеспечивая их правильное взаимодействие с другими веществами. Наиболее изучена функция рефолдинга, которую осуществляют БТШ. У шаперонов есть белковые помощники – ко-шапероны, взаимодействуя, они образуют единую систему. Система GroEL /GroES обеспечивает укладку сложных белков и процессы рефолдинга. Ее белки формирую комплекс из двух «котлов», прилежащих днищами, один закрыт ко-шапероном. Вновь синтезированные белки или денатурированные попадают в такой котел, который закрывается крышкой. Затем несколько секунд идет взаимодействие аминокислотных остатков белка со стенками котла, восстанавливается правильная структура, после белок выбрасывается наружу. Если структура не восстановилась, то процесс повторяется.

 

Прионы.

Известны тяжёлые неврологические заболевания – губчатая энцефалопатия, болезнь Крейнцфельфа – Якоба, вертячка и др. Они связаны с неправильным фолдингом прионового белка, который в норме находится в мозге, но функция его до сих пор неясна. Его обозначают как PrPc (constitutive). Полипептид первоначально синтезируется в клетке в виде предшественника, состоящего из 254 аминокислотных остатков, который после модификации превращается в пептид с молекулярной массой в 33-35 кДа и состоит из примерно 200 остатков аминокислот. Он входит в состав мембран и прикрепляется к ним гликолипидной частью. В норме содержание такого белка составляет около 1 мкг/г ткани мозга. В силу не до конца ясных причин эта нормальная форма белка (PrPc) у больных животных и человека превращается в патологическую изоформу, которая характеризуется иной пространственной структурой, обозначаемой как PrPSc.

Наиболее яркими отличительными его чертами является повышение гидрофобности, снижение молекулярной массы и возрастание бета-структуры, в образование которой оказываются вовлечёнными 43% аминокислотных остатков белка (вместо 2-4% у нормального белка).

Концентрация патологической изоформы PrPSc в мозге больных достигает 10 мкг/г ткани мозга. Конверсия изоформ прионного белка – медленный необратимый процесс, протекающий вследствие нарушения равновесия форм. Патологическая изоформа становится стабильной в случае возникновения агрегата, но скорость реакции значительно возрастает в ходе конверсии или в присутствии экзогенного инфекционного приона.

Проблема состоит в том, что такая неправильная конформация белка (прион) вызывает превращение в такую же форму всех правильных молекул, которые перестают выполнять свои физиологические свойства.

Т.е. прионы являются как бы антишаперонами, поскольку нарушают пространственную структуру молекул и, по сути, представляют собой инфекционные агенты.

 

РАСПАД БЕЛКОВ

Он протекает, прежде всего, в связи со старением белковых молекул, вызванным появлением в процессе метаболизма или под действием кислорода воздуха свободных радикалов, влиянием различного вида излучений, тяжёлых металлов, термического воздействия и т.п. Под старением здесь понимается окисление групп, нарушения структурной организации, ведущие к потере функциональной активности белка.

С другой стороны, содержание тех или иных белков в клетке, особенно, ферментов не должно быть всё время постоянным, поскольку меняются потребности организма в целом, меняется метаболизм: одни вещества синтезируются, другие – расходуются.

Белки узнаются по ряду признаков регуляторными белками, связанными с деятельностью протеасом. Эти белки особым образом метятся – убиквитином, состоящим из 76 аминокислотных остатков., что позволяет белкам протеосомы узнавать эти белки и протаскивать через внутренний канал, где они разрушаются.

Поэтому в клетке постоянно происходит распад белковых молекул, который осуществляется либо в протеасомах – специальных частицах, либо – в лизосомах.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ.

Ограничивают пространство клетки от пространства окружающей среды

Плазматическая мембрана: расположены транспортные системы, энергетически заряжена за счет разности потенциалов. Потеря заряда влечет фагоцитоз. Находятся ферменты сигнальных систем: цитохромы, липазы; окислительные системы (цитохромы), ферменты для построения клеточной стенки у растений.

Ядерная оболочка: из внутренней и наружной мембран, разделенных пренуклеарным пространством.На стороне наружной мембраны м.б. рибосомы, может переходить в мембраны ЭПС. Основа внутренней мембраны – тонкая пластинка – ядерная ламина. Ядерная ламина и фибриллы образуют каркас, к которому крепятся хромосомы. При образовании поры внутренние и наружные оболочки сливаются.

Мембрана ЭПР: складки, образующие внутреннюю полость. На шероховатой части рибосомы. С мембраной связаны некоторые ферменты, обеспечивающие синтез холестерола, обезвреживание веществ.

Мембраны аппарата Гольджи: содержит белки и ферменты, благодаря которым происходит накопление, сортировка, формирование замкнутых цистерн для транспортировки веществ. Различные ферменты обеспечивают посттрансляционную модификацию белков.

Мембраны пластид: внутренняя и внешняя. Внешняя содержит белок порин, обеспечивающий свободный транспорт воды, ионов. Внутренняя мембрана проницаема для низкомолекулярных веществ. Внутренняя мембрана – ламеллярная структура с тилакоидами. Там ферменты, обеспечивающие фотосинтез.

Мембраны митохондрий: имеют двойную структуру. Внутренняя мембрана образует кристы. Могут транспортироваться вещества.

Мембраны лизосом: изолируют более 50 ферментов для расщепления белков, липидов, углеводов. Там кислая среда.

Структура биомембран:

Основа – липидный бислой. Каждая молекула липида мембран состоит из гидрофильной «головки» и двух «гидрофобны» хвостов. Липиды мембран: фосфолипиды, гликолипиды, холестерерин. Липидные слои пронизаны интегральными белками, есть периферические белки. Содержат гликопротеины. Соотношение белки:липиды: 1:1.С внешней стороны плазмалеммы находится совокупность белковых ферментов – гликокаликс.

Свойства мембран: создают отграниченные объемы, структура мембраны латерально подвижна, молекулы бвстро перемещаются вдоль своего слоя, меняясь местами с другими молекулами. Мембраны – жидкостно-мозаичные двумерные структуры., асимметрия мембран – углеводы снаружи, белки не только с внешней, но и с внутренней стороны, липидный состав бислоя может различаться.

ЛИПИДЫ МЕМБРАН образуют нерастворимую в воде основу мембран. Фосфолипиды: гидрофильная часть – остаток холина, этаноламина и остатки жирных кислот. Сфинголипиды: остаток спирта сфингозина, связанного с остатком холина. Входят в состав мембран нервной ткани. Гликолипиды – одна молекула жирной кислоты и углеводная часть. Свойство мембран – соотношение разных липидов. Дестабилизирующие: фосфолипиды и сфинголипиды. Обеспечивают возможность диффузии через мембрану. Стабилизирующие: холестерол и гликолипиды – увеличивают прочность мембраны. Липиды могут образовывать замкнутые шарообразные формы: липосомы.

БЕЛКИ МЕМБРАН: структурные, транспортные, обеспечивающие межклеточное взаимодействие, необходимые для передачи сигналов, периферические белки-ферменты.

СТРУКТУРНЫЕ: гликофорин плазмалеммыэритроцита. Гликопротеин. Интегральный, состоит из двух субъединиц. Обеспечивает внешний отрицательный заряд.

ТРАНСПОРТНЫЕ: белки, образующие анионный канал. Транспортируют бикарбонат, хлор, гидроксигруппы.

БЕЛКИ МЕЖКЛЕТОЧНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ: коллаген, адгезивные белки: интегрины, селектины, иммуноглобулины, кадгерины.

БЕЛКИ С СИГНАЛЬНОЙ ФУНКЦИЕЙ: G-белки

G -БЕЛКИ:

n Этой группе белков принадлежит особо важная роль в передаче сигналов в клетку и внутри клетки.

n Белки характеризуются тем, что в своей структуре содержат GTP или продукт его гидролиза – GDP.

Присутствие в окружающей среде GTP обеспечивает превращение одной формы и конформации белка – в другую:

G-белок-GDP + GTP  G-белок-GTP* + GDP.

Т.к. G-белок обладает собственной GTP-азной активностью, комплекс G-белок-GTP* существует определённое время.

• Такой комплекс вступает во взаимодействие со специальным белком, что вызывает изменение конформации и активности G -белка:

G- белок -GTP* + Prot à Prot-G- белок -GTP.

ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ БЕЛКИ: ферменты, прикрепленные к мембранеи осуществляющие метаболические функции по гидролизу макромолекул