Protein masuk ke proteasome melalui "run-up" yang sudah dikerahkan • Vera Bashmakova • Berita sains mengenai "Unsur" • Biologi molekul

Protein memasuki proteasome melalui “run-up” yang telah digunakan

Struktur proteasome. Imej dari Institut Biokimia Max Planck

Proteasome adalah kompleks protein yang selektif menurunkan protein dalam sel. Walaupun proteasome telah dipelajari secara terperinci sejak akhir 1970-an (dan untuk ini walaupun Hadiah Nobel dalam Kimia 2004 telah dianugerahkan), kerja mereka masih penuh misteri dan bintik-bintik putih. Sebagai contoh, persoalan tentang bagaimana dan di mana protein yang memasuki proteasome adalah "tidak dilayan" dan bagaimana ia berjaya mengekalkan protein yang dipromosikan tidak difahami sepenuhnya. Artikel yang baru diterbitkan dalam jurnal Alam, memberikan jawapan kepada soalan-soalan ini.

Dalam sitoplasma, sel-sel mengapung pelbagai protein, dan komposisinya sentiasa dikemaskini – protein baru lahir turun dari ribosom, dan "berusia", sel-sel yang rosak dan tidak betul dilipat menjalani pemisahan (untuk maklumat tentang bagaimana protein berkembang, lihat: Unsur-unsur, 01.09.2010 untuk kerosakan yang protein yang dilipat dengan salah boleh menyebabkan sel, lihat: Kerunsingan neurofibrillary dalam penyakit Alzheimer bukan pembunuh, tetapi pembela sel?, Elemen ", 05/15/2010).

Pemusnahan protein "tidak diingini" berlaku dalam dua cara. Pertama, protein boleh ditelan oleh lisosom (ia tidak memusnahkan protein sangat selektif; selain itu,Lysosomes adalah sejenis organel, tetapi terlalu besar untuk berlaku di setiap sudut selular dan engkol dan memberikan keperluan sel bagi ubat-ubatan untuk kemerosotan protein). Kedua, protein boleh ditangkap oleh proteasome (lihat juga Proteasome), yang akan dibincangkan sekarang.

Proteasome adalah gergasi (dengan berat molekul kira-kira 2000 kilodalton) kompleks protein. Proteasom klasik terdiri daripada satu zarah pusat (pekali sedimentasi – lihat analisis pemendapan – adalah 20S, dan seterusnya – 20S – ia biasanya dipanggil), di mana pemisahan protein berlaku, dan dua peraturan (19S), terletak di kedua-dua belah pihak . ZS 19S mengiktiraf substrat dan menghantarnya ke mulut 20S.

Proteinoma tidak terlibat dalam rompakan dan tidak memusnahkan protein yang akan datang. Mangsa-mangsa harus ditandai dengan "tanda hitam" – rantai sekurang-kurangnya empat protein ubiquitin kecil (dengan cara ini, terdapat bukti bahawa peranan ubiquitin tidak selalu jadi "pembunuh", lihat artikel "Omnipresent Ubiquitin"). "Jahit" ubiquitin kepada tupai yang ditakdirkan berlaku dalam beberapa peringkat dengan bantuan tiga jenis enzim. Ia adalah rantaian di mana-mana yang mengiktiraf 19S-zarah, selepas itu mereka menghantar "pengebom bunuh diri" ke perancah.

Struktur 20S-zarah proteasome dari archaea Thermoplasma acidophilum. Ruang Catalytic – rongga pemangkin, Antechamber – "vestibule". V129, S95 dan R115 – residu valine, serine dan arginine, yang digantikan dengan sistein, selepas itu protein boleh dilekatkan kepada mereka (lihat di bawah). Imej dari artikel dalam perbincangan Alam

20S-zarah terdiri daripada empat cincin disusun, masing-masing yang terbentuk oleh tujuh subunit. Setiap cincin luar dibentuk oleh tujuh subunit alfa (α7); mereka berfungsi sebagai tapak lampiran untuk zarah 19S dan "pintu" yang masuk ke dalam protein yang masuk. Setiap cincin batin terbentuk oleh tujuh subunit beta (β7), dan di dalamnya bahawa pemisahan protein berlaku. Dalam 20S-zarah terdapat tiga rongga – satu sentral, pemangkin, di mana protein dipecah, dan dua "vestibules", di mana protin mereda sebelum "mendaki perancah".

Logik mudah menunjukkan bahawa, sebelum memotong rantai protein terikat, ia mesti dibongkar, sekurang-kurangnya sebahagiannya. Jelasnya, protein mula terbentang dalam 19S-partikel proteasome, kerana zarah 20S mempunyai pembukaan yang sangat sempit, hanya 13 Å, dan protein yang dilipat tidak semata-mata merayap ke dalamnya.Tetapi apa yang berlaku dengan protein dalam "run-up" dan dalam keadaan apa yang ada di sana, belum diketahui dengan pasti. "

Sekumpulan penyelidik dari University of Toronto (Kanada) dan Institut Biokimia Max Planck (Jerman) membuat andaian yang munasabah bahawa rantaian protein yang berlaku dalam rongga pra-pintu "20S-partikel. Untuk membuktikan ini (dan pada masa yang sama untuk mengkaji apa yang berlaku dengan protein di sana, di dalamnya) mereka menjalankan satu siri uji kaji menggunakan spektroskopi NMR (lihat spektroskopi NMR, serta resonans magnetik nuklear).

Untuk mengkaji kerja rongga pra-pintu dengan lebih terperinci dan cembung, para penyelidik mengambil tiga protein untuk eksperimen sekaligus, yang mungkin berbeza antara satu sama lain seperti lipatan, caj, dan sebagainya. Protein ini (tepatnya, mereka bukan protein keseluruhan, tetapi hanya serpihan protein yang mana ia lebih mudah untuk berfungsi) dipanggil EnHD, FynSH3 dan Pin1WW. Kesemua mereka, ditinggalkan semata-mata dalam penyelesaian dengan subunit 20S, mudah reput.

Bahagian utama penyelidikan dijalankan bukan di seluruh kompleks (saiznya telah mengenakan batasan pada kaedah spektroskopi – sebagai contoh, menjadi mustahil untuk bekerja dalam julat suhu yang besar), tetapi pada dua α7 cincin yang bersambung secara spontan dalam penyelesaian jika tidak ada β7 cincin. Dalam α7α7 terdapat kira-kira rongga yang sama seperti yang terdedah, dan lebih mudah untuk bekerja dengannya. Di samping itu, hasil yang paling penting, penyelidik mengesahkan keseluruhan α7β7β7α7-kompleks.

Pada permukaan α itu7-Ring yang menghadapi rongga, para saintis memilih tiga titik yang mana N-terminus protein itu "dijahit" (mata-mata ini ditunjukkan dalam angka sebagai V129, S95, dan R115). Asid amino asli di setiap kawasan ini digantikan dengan sistein, di mana rantai protein kini boleh dilampirkan dengan reagen khusus. Protein itu terus terikat kepada rongga sehingga agen yang mengeluarkannya telah ditambah kepada penyelesaiannya.

Spektrum protein di dalam rongga adalah sama sekali berbeza daripada spektrum protein ini, apabila mereka dilipat dengan betul, mereka bebas terapung dalam larutan. Sebaliknya, mereka menyerupai spektrum protein dalam keadaan denatured (iaitu sama penuh). Ini bermakna rongga kita adalah tempat di mana protein "berehat" pada rantai asid amino.

Perlu diingatkan bahawa untuk apa saja dari tiga tempat yang mungkin di dalam rongga kita melekatkan protein kita, spektrum mereka berubah sangat sedikit, yang bermaksud bahawabahawa lokasi spesifik protein dalam rongga itu tidak penting – di mana sahaja ia muncul, ia masih akan digunakan.

Sekarang adalah perlu untuk mengetahui sama ada rongga itu sendiri berubah (dan jika demikian, berapa banyak), apabila substrat memasukinya. Ternyata perubahan ini tidak penting: kompleks itu membuka protein, secara amnya "tidak bergerak", tanpa bantuan penyesuaian konformasi yang bertenaga.

Satu lagi perkara yang menarik adalah bahawa kompleks itu bekerja secara berbeza pada suhu yang berbeza. Salah satu daripada tiga protein kami, EnHD, dibentangkan dalam rongga walaupun pada suhu 25 ° C, manakala selebihnya pada suhu ini berada dalam keadaan dekat dengan keadaan lipatan, dan hanya boleh bertukar pada suhu yang lebih tinggi. Ternyata, ini adalah kerana betapa sukarnya untuk menguraikan satu atau struktur lain – EnHD, contohnya, runtuh ke dalam heliks alfa, dan FynSH3 dan Pin1WW mempunyai konformasi beta.

Oleh itu, apakah kesimpulan yang boleh kita ambil dari data? Rupa-rupanya, ini berlaku. Protein (terdiri daripada banyak asid amino, masing-masing mempunyai beberapa sifat – hydrophilicity, hydrophobicity, caj elektrik) memasuki rongga vestibule proteasome.Rongga ini juga dibarisi dengan pelbagai asid amino dan kumpulan asid amino yang menarik asid amino yang bersamaan dengan protein (contohnya, yang bermuatan positif menarik perhatian yang negatif, dan sebaliknya). Akibatnya, protein meregangkan, kehilangan konformasi asal dan terbentang dalam rantai. Dan rantaian yang diperluas ini dihantar ke rongga pemangkin pusat proteaseom, di mana ia akan dipotong.

Sumber: Amy M. Ruschak, Tomasz L. Religa, Sarah Breuer, Susanne Witt, Lewis E. Kay. The antechamber proteasome mengekalkan substrat dalam keadaan terungkap // Alam. 2010. V. 467. P. 868-871.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: