Chaperona

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
Vista da parte superior dun modelo do complexo chaperona bacteriano GroES/GroEL.

En bioloxía molecular, as chaperonas ou chaperonas moleculares son proteínas que axudan ao pregamento ou despregamento (sen afectar a enlaces covalentes) e na ensamblaxe ou desensamblaxe doutras estruturas macromoleculares (como poden ser outras proteínas ou complexos), pero non forman parte de ditas estruturas cando estas están desempeñando as súas funcións biolóxicas normais, unha vez que estas xa completaron o seu proceso de pregamento ou ensamblaxe. Porén, as chaperonas non se ocupan exclusivamente do pregamento das proteínas, xa que evitan tamén a súa agregación anormal ou interveñen no transporte a través de membranas e outras funcións.

A primeira proteína á que se denominou chaperona axudaba á ensamblaxe de histonas pregadas e ADN para formar os nucleosomas, e estas chaperonas de ensamblaxe, especialmente no núcleo,[1][2] están especializadas na ensamblaxe de subunidades pregadas en estruturas oligoméricas.[3]

Unha importante función das chaperonas é impedir que as cadeas de polipéptidos acabadas de sintetizar ou subunidades ensambladas se agreguen formando estruturas non funcionais. Por esta razón, moitas chaperonas, pero non todas, chámanse tamén proteínas de choque térmico debido a que a tendencia a agregarse se incrementa a medida que as proteínas se desnaturalizan polo estrés térmico. Neste caso, as chaperonas non transmiten ningunha información estérica adicional requirida para o pregamento das proteínas, senón que impiden agregacións anormais. Porén, algunhas "chaperonas estéricas" moi específicas si transmiten información estrutural (estérica) adicional ás proteínas, as cales non poden pregarse espontaneamente. Estas proteínas violan o chamado dogma de Anfinsen, que di que a estrutura nativa das proteínas globulares pequenas está determinada só pola súa secuencia de aminoácidos.[4]

Estrutura cristalina da chaperonina.

Localización e funcións[editar | editar a fonte]

Moitas chaperonas son proteínas de choque térmico, é dicir, proteínas que se expresan en resposta ás temperaturas elevadas ou outros estreses celulares.[5] A razón deste comportamento é que o pregamento das proteínas se ve moi afectado pola calor e, por tanto, algunhas chaperonas actúan reparando os danos que puidese causar o pregamento incorrecto. Outras chaperonas están implicadas no pregamento de proteínas acabadas de sintetizar a medida que saen do ribosoma. Aínda que a maioría das proteínas acabadas de sintetizar poden pregarse en ausencia de chaperonas, hai unha minoría que requiren necesariamente chaperonas.

O fenómeno do ateigamento macromoleclar (macromolecular crowding ou concentración moi elevada de proteínas en solución) pode ser importante na función das chaperonas. Un ambiente ateigado no citosol pode acelerar o proceso de pregamento, xa que unha proteína pregada compactamente ocupará menos volume ca unha cadea proteica despregada.[6] Porén, o ateigamento pode reducir o rendemento das proteínas correctamente pregadas ao incrementar a agregación de proteínas.[7][8] O ateigamento pode tamén aumentar a efectividade das proteínas chaperonas como GroEL,[9] as cales poden contrarrestar esta redución na eficiencia do pregamento.[10]

Hai diversos tipos e mecanismos entre un conxunto de chaperonas que encapsulan os seus substratos pregados. As ]]chaperonina]]s caracterízanse por unha estrutura de dobre anel amoreado, que se encontran en procariotas, no citosol de eucariotas, e nas mitocondrias.

Outros tipos de chaperonas están implicados no transporte a través de membranas biolóxicas, por exemplo as membranas das mitocondrias e retículo endoplasmático en eucariotas. Chaperonas específicas de translocación bacterianas [11] manteñen as cadeas polipeptídicas precursoras acabadas de sintetizar nun estado xeralmente sen pregar competente para a translocación e guíanas ao translocón.

Seguen descubríndose novas funcións das chaperonas, como a axuda á degradación das proteínas, actividade de adhesina bacteriana, e a resposta a doenzas ligadas á agregación de proteínas (por exemplo, as producidas por prións).

A necesidade de chaperonas para o pregamento pode determinarse así: Se unha proteína non pode pregarse axeitadamente por si soa entón é que require unha chaperona para o seu pregamento. As chaperonas axudan á proteína a pregarse correctamente para que poida penetrar nunha membrana. A parte interna da chaperona é hidrofóbica e a parte próxima á superficie é hidrófila.

Mecanismo posible: cando unha chaperona identifica unha proteína mal pregada, os extremos hidrófilos atraen a molécula proteica, despois a proteína é encerrada dentro da chaperona, proceso que require ATP. A proteína dentro da chaperona é pregada correctamente. Finalmente a chaperona libera a molécula proteica xa correctamente pregada.

Proteínas chaperonas humanas[editar | editar a fonte]

Nos humanos, as chaperonas encóntranse, por exemplo, no retículo endoplasático, xa que gran parte da síntese de proteínas ten lugar nese orgánulo.

Retículo endoplasmático[editar | editar a fonte]

No retículo endoplasmático existen chaperonas moleculares xerais, de lectina e non clásicas, que axudan ao pregamento das proteínas.

Nomenclatura e exemplos de chaperonas bacterianas e arqueanas[editar | editar a fonte]

Hai moitas familias de chaperonas; cada familia actúa axudando ao pregamento de proteínas de diferente xeito. En bacterias como Escherichia coli, moitas destas proteínas se expresan abundantemente en condicións de forte estrés, como por exemplo cando a bacteria está nun lugar con temperaturas elevadas. Por esta razón, usouse historicamente o termo "proteína de choque térmico" para nomear a estas chaperonas. O prefixo "Hsp" (heat shock protein) úsase para designar as proteínas de choque térmico.

Hsp60[editar | editar a fonte]

A Hsp60 (ou complexo GroEL/GroES en E. coli) é o complexo de chaperona grande (~ 1 MDa) mellor caracterizado. O GroEL é un dobre anel tetradecámero cunha zona hidrofóbica na súa abertura; é tan grande que pode acomodar no seu lume a proteína fluorescente verde de 54-kDa co seu pregamento nativo. A GroES é unha chaperonina heptámera dun só anel que se une á súa cochaperonina GroEL en presenza de ATP ou ADP. [15] Tamén actúa na matriz mitocondrial como chaperona molecular. HSP60 ten dúas misións no transporte de proteínas mitocondrial. Funciona catalizando o pregamento de proteínas destinadas á matriz e mantén as proteínas en estado despregado para o seu transporte a través da membrana mitocondrial interna.[16]

Hsp70[editar | editar a fonte]

A Hsp70 (DnaK en E. coli) é quizais a chaperona pequena (~ 70 kDa) mellor caracterizada.

As proteínas Hsp70 son axudadas polas proteínas Hsp40 (DnaJ en E. coli), que incrementan o consumo de ATP e a actividade de Hsp70s.

Sinalouse que o incremento da expresión das proteínas Hsp70 na célula orixina unha diminución da tendencia cara á apoptose.

Aínda que non se conseguiu aínda unha comprensión precisa do mecanismo utilizado por esta proteína, sábese que Hsp70s presenta un estado de enlace de alta afinidade con proteínas non pregadas cando se une ao ADP, e un estado de baixa afinidade cando se une ao ATP.

Pénsase que se concentran moitas Hsp70s arredor do substrato non pregado, estabilizándoo e impedindo a súa agregación ata que a molécula non pregada se prega correctamente, momento no que a Hsp70s perde afinidade pola molécula e difunde lonxe de alí.[17] A Hsp70 tamén actúa como unha chaperona molecular mitocondrial e cloroplástica nos eucariotas.

Hsp90[editar | editar a fonte]

A Hsp90 (HtpG en E. coli) é probablemente a chaperona peor coñecida. O seu peso molecular é de arredor de 90 kDa, e é necesaria para a viabilidade en eucariotas (e posiblemente tamén en procariotas). É esencial para activar moitas proteínas de sinalización na célula eucariota.

Todas as Hsp90 teñen un dominio de unión ao ATP, un dominio medio, e un dominio de dimerización. Críase inicialmente que abrazaban a súa proteína substrato (tamén coñecida como proteína cliente) ao unirse o ATP, pero as estruturas publicadas recentemente por Vaughan et al. e Ali et al. indican que as proteínas clientes poden unirse externamente aos dominios N-terminal e medio da Hsp90.[18][19]

A Hsp90 pode tamén requirir proteínas do tipo das cochaperonas como inmunofilinas, Sti1, p50 (Cdc37), e Aha1, e tamén coopera co sistema da chaperona Hsp70.[20][21]

Hsp100[editar | editar a fonte]

As proteínas Hsp100 (familia Clp en E. coli) foron estudadas in vivo e in vitro pola súa capacidade de unirse e despregar proteínas etiquetadas (marcadas) ou mal pregadas.

As proteínas da familia Hsp100/Clp son grandes estruturas hexaméricas con actividade de despregamento de proteínas en presenza de ATP. Estas proteínas pénsase que funcionan como chaperonas enfiando (introducindo) as proteínas clientes a través dun pequeno poro de 20 Å (2 nm) que teñen, dándolle deste modo á proteína cliente a oportunidade de pregarse.

Algunhas destas chaperonas Hsp100, como ClpA e ClpX, asócianse coa serina protease tetradecamérica de dobre anel ClpP. En vez de catalizar o repregamento das proteínas clientes, estes complexos son responsables da destrución de proteínas mal pregadas e etiquetadas.

A Hsp104, que é a Hsp100 de Saccharomyces cerevisiae, é esencial para a propagación de moitos prións de lévedos. A deleción do xene HSP104 causa que as células non poidan propagar certos prións.

Historia[editar | editar a fonte]

A investigación sobre as chaperonas ten unha longa historia.[22] O termo "chaperona molecular" apareceu por primeira vez na literatura científica en 1978, e foi acuñado por Ron Laskey para describir con el a capacidade dunha proteína nuclear chamada nucleoplasmina de impedir a agregación de proteínas histonas pregadas co ADN durante a ensamblaxe dos nucleosomas.[23] O termo foi aplicado despois por R. John Ellis en 1987 para describir as proteínas que mediaban a ensamblaxe postraducional de proteínas complexas.[24] En 1988, estaba claro que proteínas similares mediaban este proceso en procariotas e eucariotas.[25] Os detalles deste proceso foron determinados en 1989, cando se demostrou o pregamento das proteínas dependente do ATP in vitro.[26]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. Richardson RT, Alekseev OM, Grossman G et al. (July 2006). "Nuclear Autoantigenic Sperm Protein (NASP), a Linker Histone Chaperone That is Required for Cell Proliferation". Journal of Biological Chemistry 281 (30): 21526–34. DOI:10.1074/jbc.M603816200. PMID 16728391. 
  2. Alekseev OM, Richardson RT, Alekseev O, O'Rand MG (2009). "Analysis of gene expression profiles in HeLa cells in response to overexpression or siRNA-mediated depletion of NASP". Reproductive Biology and Endocrinology 7: 45. DOI:10.1186/1477-7827-7-45. PMC 2686705. PMID 19439102. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2686705. 
  3. Ellis RJ (July 2006). "Molecular chaperones: assisting assembly in addition to folding". Trends in Biochemical Sciences 31 (7): 395–401. DOI:10.1016/j.tibs.2006.05.001. PMID 16716593. 
  4. Kris Pauwels and other (2007). "Chaperoning Anfinsen:The Steric Foldases". Molecular Microbiology 64 (4): 917. DOI:10.1111/j.1365-2958.2007.05718.x. http://ultr23.vub.ac.be/ultr/pub/pdfs/290.pdf. 
  5. Ellis RJ, van der Vies SM (1991). "Molecular chaperones". Annu. Rev. Biochem. 60: 321–47. DOI:10.1146/annurev.bi.60.070191.001541. PMID 1679318. 
  6. van den Berg B, Wain R, Dobson CM, Ellis RJ (August 2000). "Macromolecular crowding perturbs protein refolding kinetics: implications for folding inside the cell". EMBO J. 19 (15): 3870–5. DOI:10.1093/emboj/19.15.3870. PMC 306593. PMID 10921869. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=306593. 
  7. van den Berg B, Ellis RJ, Dobson CM (December 1999). "Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation". EMBO J. 18 (24): 6927–33. DOI:10.1093/emboj/18.24.6927. PMC 1171756. PMID 10601015. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=1171756. 
  8. Ellis RJ, Minton AP (May 2006). "Protein aggregation in crowded environments". Biol. Chem. 387 (5): 485–97. DOI:10.1515/BC.2006.064. PMID 16740119. 
  9. Martin J, Hartl FU (February 1997). "The effect of macromolecular crowding on chaperonin-mediated protein folding". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94 (4): 1107–12. DOI:10.1073/pnas.94.4.1107. PMC 19752. PMID 9037014. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=9037014. 
  10. Ellis RJ (2007). "Protein misassembly: macromolecular crowding and molecular chaperones". Adv. Exp. Med. Biol.. Advances in Experimental Medicine and Biology 594: 1–13. DOI:10.1007/978-0-387-39975-1_1. ISBN 978-0-387-39974-4. PMID 17205670. 
  11. Zhou J, Xu Z (2005). "The structural view of bacterial translocation-specific chaperone SecB: implications for function". Molecular Microbiology 58 (2): 349–57. DOI:10.1111/j.1365-2958.2005.04842.x. PMID 16194224. 
  12. Ruoppolo M, Orrù S, Talamo F, Ljung J, Pirneskoski A, Kivirikko KI, Marino G, Koivunen P (May 2003). "Mutations in domain a′ of protein disulfide isomerase affect the folding pathway of bovine pancreatic ribonuclease A". Protein Sci. 12 (5): 939–52. DOI:10.1110/ps.0242803. PMC 2323865. PMID 12717017. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2323865. 
  13. Soluble complexes of target proteins and peptidyl prolyl isomerase ...
  14. Frickel EM, Riek R, Jelesarov I, Helenius A, Wuthrich K, Ellgaard L (February 2002). "TROSY-NMR reveals interaction between ERp57 and the tip of the calreticulin P-domain". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (4): 1954–9. DOI:10.1073/pnas.042699099. PMC 122301. PMID 11842220. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=122301. 
  15. Fenton WA, Horwich AL (May 2003). "Chaperonin-mediated protein folding: fate of substrate polypeptide". Q. Rev. Biophys. 36 (2): 229–56. DOI:10.1017/S0033583503003883. PMID 14686103. 
  16. Koll H, Guiard B, Rassow J, et al. (March 1992). "Antifolding activity of hsp60 couples protein import into the mitochondrial matrix with export to the intermembrane space". Cell 68 (6): 1163–75. DOI:10.1016/0092-8674(92)90086-R. PMID 1347713. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0092-8674(92)90086-R. 
  17. Mayer MP, Bukau B (March 2005). "Hsp70 chaperones: Cellular functions and molecular mechanism". Cell. Mol. Life Sci. 62 (6): 670–84. DOI:10.1007/s00018-004-4464-6. PMC 2773841. PMID 15770419. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2773841. 
  18. Vaughan CK, Gohlke U, Sobott F et al. (September 2006). "Structure of an Hsp90-Cdc37-Cdk4 complex". Mol. Cell 23 (5): 697–707. DOI:10.1016/j.molcel.2006.07.016. PMID 16949366. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1097-2765(06)00497-7. 
  19. Ali MM, Roe SM, Vaughan CK et al. (April 2006). "Crystal structure of an Hsp90-nucleotide-p23/Sba1 closed chaperone complex". Nature 440 (7087): 1013–7. DOI:10.1038/nature04716. PMID 16625188. 
  20. Terasawa K, Minami M, Minami Y (2005). "Constantly updated knowledge of Hsp90". J. Biochem. (Tokyo) 137 (4): 443–7. DOI:10.1093/jb/mvi056. PMID 15858167. 
  21. Pearl LH, Prodromou C (2006). "Structure and mechanism of the Hsp90 molecular chaperone machinery". Annu. Rev. Biochem. 75: 271–94. DOI:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142738. PMID 16756493. http://arjournals.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.biochem.75.103004.142738?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%3dpubmed. 
  22. Ellis RJ (1996). "Discovery of molecular chaperones". Cell Stress Chaperones 1 (3): 155–60. DOI:10.1379/1466-1268(1996)001<0155:DOMC>2.3.CO;2. PMC 248474. PMID 9222600. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=248474. 
  23. Laskey RA, Honda BM, Mills AD, Finch JT (1978). "Nucleosomes are assembled by an acidic protein that binds histones and transfers them to DNA". Nature 275 (5679): 416–20. DOI:10.1038/275416a0. PMID 692721. 
  24. Ellis J (1987). "Proteins as molecular chaperones". Nature 328 (6129): 378–9. DOI:10.1038/328378a0. PMID 3112578. 
  25. Hemmingsen SM, Woolford C, van der Vies SM et al. (1988). "Homologous plant and bacterial proteins chaperone oligomeric protein assembly". Nature 333 (6171): 330–4. DOI:10.1038/333330a0. PMID 2897629. 
  26. Goloubinoff P, Christeller JT, Gatenby AA, Lorimer GH (1989). "Reconstitution of active dimeric ribulose bisphosphate carboxylase from an unfoleded state depends on two chaperonin proteins and Mg-ATP". Nature 342 (6252): 884–9. DOI:10.1038/342884a0. PMID 10532860. 

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Commons
Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Chaperona