Белковые молекулы – строительные единицы и рабочие структуры любой клетки. Они вовлечены практически во все биологические процессы. Для того, чтобы участвовать в данных процессах, белки должны быть уложены определённым образом – в третичную структуру. Учёные из института биохимии общества Макса Планка (Германия) проанализировали поведение одного из ключевых белков, участвующих в процессе фолдинга, – шаперона DnaK.

«Понимание механизмов фолдинга представляет большой интерес в свете многих заболеваний (болезнь Альцгеймера и Паркинсона), при развитии которых данный процесс идёт неправильно» – говорит Ульрих Хартл (Ulrich Hartl, директор института биохимии общества Макса Планка).

Белки отвечают за выполнение практически всех биологических функций. Клетки человеческого организма постоянно синтезируют тысячи различных белковых молекул в виде аминокислотных цепей. Для того, чтобы эти цепи могли справляться с различными задачами, они должны быть свёрнуты в сложную третичную структуру. Если процесс сворачивания нарушается, то образуются либо бесполезные белковые структуры, либо опасные белковые структуры, способные причинить вред.

Любые клетки (от бактериальных до клеток организма человека) имеют развитую сеть шаперонов, специфических белков, которые помогают другим белкам правильно сворачиваться в третичную структуру.

Учёные из института биохимии общества Макса Планка исследовали сеть шаперонов бактерий Escherichia coli. Благодаря использованию специальных методик анализа можно понять, насколько сложно взаимодействуют шапероны в ходе фолдинга.

«Мы определили, что представитель семейства Hsp70 – белок DnaK является ключевым компонентом сети шаперонов» – говорит Ульрих Хартл. «Он работает наподобие поворотной площадки»- уточняет Хартл.

DnaK связывается приблизительно с 700 белковыми цепочками, как только они синтезируются. Более того DnaK является медиатором фолдинга большей части данных белковых цепочек. Те белковые молекулы, фолдинг которых он не может обеспечить, попадают под действие другого шаперона – бочковидного белка GroEL.

Он представляет собой высокоспецифичный фолдинговый комплекс. Он образует сеть, в которую на некоторое время попадают одноцепочечные белковые молекулы. Находясь в этой сети, одноцепочечные белковые молекулы могут укладываться в третичную структуру, не подвергаясь влиянию внешних факторов. Фактически, GroEL выполняет защитную функцию.

Нарушение функционирования сети шаперонов

Авторы исследований так же рассмотрели события, которые происходят при нарушении нормального функционирования сети шаперонов. Например, если ингибирована активность GroEL, то белки, за сворачивание которых он отвечает, аккумулируются на DnaK. После DnaK отправляет их к протеазам, так происходит их разрушение.

«DnaK, как бы, принимает решение, что данные белковые молекулы никогда не смогут созреть до функционально полезных белков» – говорит Ульрих Хартл.

В организме человека похожая, но более сложно устроенная сеть шаперонов контролирует протеом клеток.

Более подробное описание результатов проведённого исследования можно найти в журнале Cell Reports.