FAŁDOWANIE I MODYFIKACJE

BIAŁEK

Powstawanie funkcjonalnego białka

Molten globule

Fałdowanie białek

•

utworzenie konformacji o najniższej wolnej energii

•

tworzenie się motywów, domen

• utworzenie kompleksów utworzonych z kilku lub wielu

podjednostek białkowych

Struktura pierwszorzędowa białek

O O

-

─ C ─ N ─

─ C N ─

H H

+

Struktura

α-helisy

Struktura drugorzędowa białek

Struktura

β-harmonijki

Struktura kolagenu

Gly

Pro

Hyp

Gly-X-Y

Tworzenie wiązań dwusiarczkowych

Struktura trzeciorzędowa białek

Fałdowanie białek

Struktura czwartorzędowa hemoglobiny

Ponowne fałdowanie się zdenaturowanego białka

(fałdowanie spontaniczne)

Spontaniczne fałdowanie rybonukleazy

Christian Anfinsen, 1970s.

Rejony hydrofobowe łańcuchów

polipeptydowych oddziałują ze sobą

Białka opiekuńcze

(z ang. molecular chaperones) –

białka odpowiedzialne za

prawidłowe fałdowanie się innych białek

.

Funkcje białek opiekuńczych

W optymalnych warunkach wzrostu:

•

działają w czasie syntezy łańcuchów polipeptydowych

•

wspomagają oligomeryzację podjednostek białkowych

•

bywają konieczne podczas transportu białek przez błony

W warunkach stresowych:

•

wspomagają renaturację białek zdenaturowanych bądź kierują je do
degradacji

•

dysocjacja nieaktywnych agregatów

Mechanizmy komórkowe kontrolujące

fałdowanie i aktywność białek

Stopnie fałdowania białek w komórce

Udział białek

opiekuńczych w
transporcie przez

błony

Rola białek opiekuńczych w transporcie do

mitochondrium

replikacji i transkrypcji DNA (a),

prawidłowym fałdowaniu się

nowych białek (b)i ich
transporcie do organelli (c),

wydzielaniu białek poza

komórkę (d) i transporcie

substancji do jej wnętrza (e).

Biorą udział w rozbijaniu

agregatów białkowych (f),
aktywacji receptorów (g) i

degradacji białek (h).

Umożliwiają także
funkcjonowanie kompleksów
MHC (i),

Białka opiekuńcze asystują przy:

Rodzina Hsp70

Eukariota

Prokariota

• Hsc70 or Hsc73 (cytosol)

• Hsp70 or Hsp72 (cytosol) DnaK

• Hsp40 stimulates ATPase DnaJ

• GrpE nucleotide exchange factor GrpE

• BiP or Grp78 (endoplasmic reticulum)

• mtHsp70 or Grp75 (mitochondria)

Rodzina Hsp60

Struktury oligomeryczne (chaperoniny)

Grupa I

Eukariota

Prokariota

Hsp60 tworzy ośmiokątny pierscień GroEL

Hsp10 forms cap GroES

ctHsp60 (chloroplasty)

Hsp60 (mitochondria)

Grupa II

TriC (cytosol) tworzy dwa ośmiokątne

pierścienie

Rodzina Hsp90

Eukariota

cytosol:

Hsp90 (dwie izoformy

α i β) – komórki ludzkie

Hsp86, Hsp84 – komórki mysie
Hsp84 – Drosophila
Hsc82, Hsp82 –

drożdże

Grp94/gp96 – retikulum endoplazmatyczne
Hsp75/TRAP1 – mitochondria

Prokariota

HtpG- cytosol

Modyfikacje potranslacyjne

1. Usuwanie grupy formylowej (bakterie)

2. Usuwanie Met

i

3.

Tworzenie wiązań disiarczkowych (-S-S-)

4.

Izomeryzacja proliny (cis-trans)

5.

Modyfikacje proteolityczne

Usuwanie sekwencji sygnałowych

Aktywacja proteolityczna proenzymów (zymogenów)

6.

Acetylacja końca N-terminalnego

(u Eukariontów ok. 50% białek)

7.

Metylacja Lys, Glu (grupy

γ-karboksylowej)

8.

Fosforylacja

grup –OH Ser, Thr, Tyr

9.

Karboksylacja Asp, Glu

(w białkach wiążących Ca

2+

)

10.

Hydroksylacja proliny i lizyny

(w protokolagenie)

11.

Glikozylacja

(sortowanie białek w komórkach eukariotycznych)

12.

Acylacja

13.

ADP-rybozylacja

14.

Przyłączanie grup prostetycznych enzymów

15.

Sumulacja

16.

Wycinanie intein

Modyfikacje potranslacyjne c.d.

W nadaniu aktywnej konformacji białkom

uczestniczą także modulatory

odpowiedzialne za tworzenie się mostków

disulfidowych oraz w izomeryzacji cis/trans

wiązań proliny w łańcuchach białkowych.

Działanie PDI

(izomerazy peptydylo-disiarczkowej)

Działanie PDI w komórkach eukariotycznych

Działanie DsbA w komórkach prokariotycznych

Aktywacja rycyny

Sandvig et al., Histochem Cell Biol., 2002; 117:131-141

ER

Wiązania peptydowe cis i trans

X-Pro

Działanie PPI

(izomerazy cis-trans peptydylo-prolilowej)

I grupa białek osiąga konformację aktywną w ciągu milisekund
II grupa w ciągu sekund lub godzin

Wolno fałdujące się peptydy (slow folding) zawiarają nie-natywne izomery

wiązań peptydowych pomiędzy proliną a innymi aminokwasami.

Reizomeryzacja jest powolna – katalizuje ja enzym PPI

Modyfikacje proteolityczne

Usuwanie sekwencji sygnałowych

Transport wewnątrzkomórkowy

Transport post-

translacyjny zależny jest od

sekwencji sygnałowych

Sekwencje sygnałowe warunkują translokację do

ER

Modyfikacje

proteolityczne

melityna

Aktywacja proteolityczna proenzymów

(zymogenów)

Trypsynogen

Trypsyna

Chymotrypsynogen Proelastaza

Chymotrypsyna Elastaza

enteropeptydaza

Proteolityczna obróbka poliprotein

Metylacja

•

Reakcję katalizują metylotransferazy

•

Akceptorami są atomy azotu grupy aminowej w
aminokwasach zasadowych i glutaminie oraz tlenu w
asparaginianie.

Acylacja

Acetylacja

O

- C - R

O

- C - CH

3

Acetylacja histonów

• Stabilna – N-terminalna acetylacja grupy aminowej w N-

końcowym

aminokwasie

• Labilna –

przejściowa acetylacja grupy ε-aminowej lizyny.

Histone acetylotransferases (HATs)

Histone deacetylases (HDACs)

Acetylacja

Rdzeń nukleosomu

- C-CH

3

O

Histone acetylotransferases HATs

Rola białka Sir jako deacetylazy

Sir – Silent information regulator

Acylacja i Prenylacja

Acylacja

Mirystylacja

przy końcu N terminalnym

Donorem reszty acylowej w reakcji katalizowanej

przez transferazę N-mirystoilu jest mirystoilo-CoA.

Acylacja

Palmitylacja reszt cysteiny

Prenylacja

Farnezylacja lub
geranylogeranylacja

przy końcu C białka

Sposoby umiejscowienia białek w błonie

komórkowej

Glikozylofosfatydyloinozytol

(GPI)

Fosforylacja

• O- fosforylacja - zachodzi na hydroksylowych

resztach Ser, Tyr, Thr lub tlenie Asp

• N-fosforylacja – zachodzi na atomie azotu grupy

aminowej Arg, His, Lys

Fosforylacja

kinazy białkowe serynowo/treoninowe

kinazy tyrozynowe

Struktura kinazy białkowej

Karboksylacja glutaminianu

•

Protrombina jest prekursorem trombiny,

białka z układu kontrolującego krzepnięcie
krwi.

•

Jednym z etapów krzepnięcia krwi jest

przemiana fibrynogenu w fibrynę. Proces ten

katalizuje trombina, rozszczepiając

katalitycznie wiązanie peptydowe miedzy

argininą a glicyną.

•

Synteza protrombiny wymaga witaminy K,
która uczestniczy w karboksylacji
glutaminianu.

•

γ-karboksyglutaminian jest chelatorem jonów
Ca

2+

. Związana z wapniem protrombina

oddziałuje z czynnikiem X

a

i czynnikiem V.

Hydroksylacja reszt proliny

Hydroksylacji ulegają reszty proliny po stronie aminowej glicyny w kolagenie.

Atom tlenu przyłączony do C-4 proliny pochodzi z tlenu cząsteczkowego, O

2.

Reakcje katalizuje hydroksylaza prolinowa (protokolagenu), enzym związany
z Fe

2+

.

Reaktywacja enzymu wymaga askorbinianu (witaminy C).

Kolagen

Glikozylacja

Glikozylacja typu O-

przyłączenie

bocznego łańcucha cukrowego

poprzez grupę hydroksylową seryny,
treoniny, hydroksylizyny

Glikozylacja typu N –

przyłączenie

poprzez grupę aminową grupy R
asparaginy

Glikozylacja typu O

• O-

glikozydowo najczęściej związana jest N-acetyloglukozamina

•

Około 55% całości cząsteczek O-GlcNAc jest ulokowanych

w jądrze, 34% w cytozolu, mała część w aparacie Golgiego
i innych przedziałach komórkowych

• Znaczenie:

-

udział w jądrowo-cytoplazmatycznym transporcie białek

-

ochrona białek jądrowych przed proteolitycznym strawieniem

- blokowanie fosforylacji na resztach seryny oraz treoniny

Rdzeń oligosacharydowy

Asn-X-Ser
Asn-X-Thr

Glikozylacja typu N

N-glikozylacja, podstawowa

Modyfikacje rdzenia oligosacharydowego

Glikozylacja typu N,

terminalna

Glikozylacja N-terminalna

Znaczenie przyłączonych reszt cukrowych:

•

ułatwiają prawidłowe fałdowanie białek

•

wpływają na konformację polipeptydów, czyniąc je bardziej

odpornymi na strawienie proteolityczne

•

ze względu na znaczną ilość grup hydroksylowych często

zwiększają rozpuszczalność białek

•

niektóre reszty cukrowe odgrywają rolę w sortowaniu białek

•

glikoproteiny obecne na powierzchni błony komórkowej mogą

uczestniczyć w adhezji komórek

•

niektóre powierzchniowe glikoproteiny uczestniczą w wywoływaniu

odpowiedzi immunologicznej

ADP-rybozylacja

Przyłączanie grup prostetycznych enzymów

hem

SUMOlacja

Ubls – ubiqitin-like proteins

SUMO – small ubiqitin-related modifier

ψKXE - sekwencja
konsensusowa sumolacji

E2- Ubc9

Wycinanie intein

Cys lub Ser….. His, Asn