Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения


М. Никитин
«Происхождение жизни». Глава из книги







Главная / Новости науки версия для печати

Белки попадают в протеасому через «преддверие» уже развернутыми


Структура протеасомы. Изображение с сайта Института биохимии Макса Планка www.biochem.mpg.de
Структура протеасомы. Изображение с сайта Института биохимии Макса Планка

Протеасома — это белковый комплекс, который занимается в клетке избирательной деградацией белков. Хотя протеасома подробно исследовалась с конца 1970-х годов (и за это даже была присуждена Нобелевская премия по химии 2004 года), в ее работе по-прежнему полно загадок и белых пятен. Например, не до конца изучен вопрос о том, как и где «разматывается» белок, входящий в протеасому, и как именно ей удается удержать белок раскрученным. Статья, опубликованная недавно в журнале Nature, дает ответы на эти вопросы.

В цитоплазме клетки плавает множество белков, и их состав постоянно обновляется — с рибосом сходят «новорожденные» белки, а «состарившиеся», поврежденные и неверно сложенные подвергаются расщеплению (о том, как складываются белки, см.: Помогать науке можно играя, «Элементы», 01.09.2010; о том, какой вред могут нанести клетке неверно сложенные белки, см.: Нейрофибриллярные клубки при болезни Альцгеймера — не убийцы, а защитники клеток?, «Элементы», 15.05.2010).

Уничтожение «неугодных» белков происходит двумя путями. Во-первых, белок может быть проглочен лизосомой (она уничтожает белки не очень избирательно; кроме того, лизосомы — это всё-таки органеллы, они слишком крупные, чтобы встречаться в каждом клеточном «закоулке» и обеспечивать повсеместную потребность клетки в деградации белков). Во-вторых, белок может быть пойман протеасомой (см. также Proteasome), о чём мы сейчас и поговорим.

Протеасома — гигантский (с молекулярной массой около 2000 килодальтон) белковый комплекс. Классическая протеасома состоит из одной центральной частицы (ее коэффициент седиментации — см. седиментационный анализ — составляет 20S, и так — 20S — ее обычно и называют), в которой происходит расщепление белка, и двух регуляторных (19S), расположенных от нее с двух сторон. 19S-частицы распознают субстрат и отправляют его «в пасть» 20S.

Протеасома не занимается разбоем и не уничтожает первые встречные белки. Ее жертвы должны быть помечены «черной меткой» — цепочкой из не менее четырех маленьких белков убиквитинов (кстати, появляются данные о том, что роль убиквитина не всегда столь «убийственна», см. статью «Вездесущий убиквитин»). «Пришивание» убиквитина к обреченному белку происходит в несколько стадий с помощью трех видов ферментов. Именно убиквитиновую цепочку и распознают 19S-частицы, после чего отправляют «смертника» «на эшафот».

Структура 20S-частицы протеасомы из археи Thermoplasma acidophilum. Catalytic chamber — каталитическая полость, Antechamber — «преддверия». V129, S95 и R115 — остатки валина, серина и аргинина, которые были заменены на цистеин, после чего к ним можно было прикреплять белки (см. ниже). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Структура 20S-частицы протеасомы из археи Thermoplasma acidophilum. Catalytic chamber — каталитическая полость, Antechamber — «преддверия». V129, S95 и R115 — остатки валина, серина и аргинина, которые были заменены на цистеин, после чего к ним можно было прикреплять белки (см. ниже). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

20S-частицы состоят из четырех сложенных в стопку колец, каждое из которых, в свою очередь, образовано семью субъединицами. Каждое наружное кольцо образовано семью альфа-субъединицами (α7); они служат местом прикрепления для 19S-частиц и «дверью», в которую входит обреченный белок. Каждое внутреннее кольцо образовано семью бета-субъединицами (β7), и именно в них и происходит расщепление белков. В 20S-частице есть три полости — одна центральная, каталитическая, в которой расщепляются белки, и два «преддверия», где белки томятся перед тем, как «взойти на эшафот».

Простая логика подсказывает, что, прежде чем разрезать на куски запутанную белковую цепочку, ее надо распутать, хотя бы частично. Очевидно, белки начинают разворачиваться в 19S-частице протеасомы, потому что у 20S-частицы отверстие очень узкое, всего 13 Å, и свернутый белок в него просто не пролезет. Но вот что происходит с белком в «преддверии» и в каком он там находится состоянии, пока что не было достоверно известно."

Группа исследователей из Университета Торонто (Канада) и Института биохимии Макса Планка (Германия) высказала разумное предположение, что разворачивание белковой цепочки происходит в «преддверных» полостях 20S-частицы. Чтобы доказать это (а заодно изучить, что же происходит с белком там, внутри) они провели серию экспериментов с использованием ЯМР-спектроскопии (см. NMR spectroscopy, а также ядерный магнитный резонанс).

Чтобы изучить работу преддверной полости более подробно и выпукло, исследователи взяли для экспериментов сразу три белка, как можно более непохожие друг на друга по типу складывания, заряду и т. д. Белки эти (если быть точным, это были не целые белки, а только белковые фрагменты, с которыми просто удобней было работать) назывались EnHD, FynSH3 и Pin1WW. Все они, будучи оставленными в растворе наедине с 20S-субъединицей, легко подвергались расщеплению.

Основная часть исследований проводилась не на целом комплексе (его размер уже накладывает ограничения у метода спектроскопии — например, невозможно становится работать в большом диапазоне температур), а на двух α7 кольцах, которые спонтанно соединяются в растворе, если там нет β7 колец. В α7α7 возникает примерно такая же полость, как и преддверная, а работать с ним гораздо легче. К тому же, самые важные результаты исследователи подтвердили на целом α7β7β7α7-комплексе.

На той поверхности α7-кольца, которая обращена в сторону полости, ученые выбрали три точки, к которым «пришивали» N-конец белка (эти точки на рисунке указаны как V129, S95 и R115). «Родная» аминокислота в каждом из этих участков была заменена на цистеин, к которому с помощью специального реагента можно было теперь пришивать белковую цепочку. Белок оставался связанным с полостью до тех пор, пока в раствор не добавляли высвобождающий его агент.

Спектры белков, находящихся внутри полости, были совершенно не похожи на спектры этих белков, когда они, правильно сложенные, свободно плавали в растворе. Скорее они напоминали спектры белков в денатурированном (то есть полностью развернутом) состоянии. А это означает, что наша полость — это и есть то место, где белки «разматываются» до аминокислотной цепочки.

Стоит отметить, что к какому бы из трех возможных мест внутри полости мы ни прикрепляли наши белки, их спектры менялись очень мало, что говорит о том, что конкретное местоположение белка в полости не имеет большого значения — где бы он ни оказался, он всё равно будет развернут.

Теперь предстояло узнать, меняется ли сама полость (и если меняется, то насколько), когда в нее попадает субстрат. Оказалось, что изменения эти незначительны: комплекс разворачивает белки, практически «не двигаясь», без помощи энергичных конформационных перестроек.

Еще один интересный момент — то, что при разных температурах комплекс работал по-разному. Один из трех наших белков — EnHD — разворачивался в полости даже при 25°С, остальные же при этой температуре пребывали в состоянии, близком к свернутому, а развернуться могли только при более высокой температуре. Видимо, это связано с тем, насколько трудно распутать ту или иную структуру — EnHD, например, свернут в альфа-спираль, а FynSH3 и Pin1WW имеют бета-конформацию.

Итак, какие же выводы мы можем сделать из полученных данных? Судя по всему, дело обстоит так. Белок (состоящий из множества аминокислот, каждая из которых обладает какими-либо свойствами — гидрофильностью, гидрофобностью, электрическим зарядом) попадает в полость преддверия протеасомы. Полость эта тоже выстлана разнообразными аминокислотами и группами аминокислот, которые притягивают соответствующие аминокислоты белка (например, положительно заряженные притягивают отрицательно заряженные, и наоборот). В результате белок растягивается, теряет свою первоначальную конформацию и разворачивается в цепочку. И эта развернутая цепочка отправляется в центральную каталитическую полость протеасомы, где будет разрезана на куски.

Источник: Amy M. Ruschak, Tomasz L. Religa, Sarah Breuer, Susanne Witt, Lewis E. Kay. The proteasome antechamber maintains substrates in an unfolded state // Nature. 2010. V. 467. P. 868–871.

Вера Башмакова


Комментарии (2)



Последние новости: Молекулярная биологияВера Башмакова

24.11
Метаморфоз у личинок червя Hydroides elegans запускается бактериями
09.10
Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2016
15.09
Разработан метод пространственной визуализации транскрипции генов
26.08
Расшифрована структура комплекса I дыхательной цепи митохондрий быка
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
12.04
Рибоза и другие сахара могут синтезироваться в частицах межзвездного льда под действием ультрафиолетового излучения
01.04
Ботаники вырастили опаловые цветы
19.02
Протеинкиназа М-дзета «закрыта»?
12.01
Локализацию метастазов определяют интегрины опухолевых экзосом
10.09
Родственные интернейроны у эмбрионов мышей расселяются по переднему мозгу независимо друг от друга

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия