Протеасомы

Физиологическая регенерация
клеток
Протеасомы и другие факторы,
способствующие обновлению
клеточных белков и выживанию клеток
Протеасомы
Протеасомы- разрушать, чтобы
жить
•
Внутриклеточные органеллы, которые расщепляют белки цитоплазмы клеток,
способствуя обновлению белковых популяций. Время жизни этих белков
ограничено, они обладают характеристикой «временем полужизни» - T1/2
•
Структурные особенности расщепляемых белков - не лизосомальные и не
мембраносвязанные белки
•
Протеасомы локализованы в цитоплазме и нуклеоплазме клеток эукариот
•
Они имеются (отличные по структуре) и у прокариот
•
Пртеасомы расщепляют только отработавшие свой срок белки с частично
нарушенной структурой или белки, недавно синтезированные, но с ошибками
•
Протеасомы могут избирательно разрушать чужеродные белки
•
Протеасомы имеют субъединицы, проявляющие РНК-азную активность
В лизосомах разрушаются внеклеточные и
мембраносвязанные белки.
В протеасомах разрушается до 90% всех
клеточных коротко живущих белков (с
регуляторными функциями) и 60-70% долго
живущих белков
Функции протеасом:
«Чистка» белков цитоплазмы и нуклеоплазмы, то есть
нормальное обновление («для домашних целей») видов
клеточных белковых популяций.
- Каждый белок характеризуется временем полураспада - T1/2
(«полужизни») - временем, при котором 50% белковых
молекул данного вида распадается (steady turnover)
-в протеасомах разрушаются метаболические ферменты,
гемоглобин, структурные белки, существующие от
нескольких дней до нескольких недель
- в протеасомах разрушаются регуляторные белки,
например, регулирующие репликацию ДНК, которые
нужны клетке только на короткое определенное время
(в S-фазе). Затем они обновляются
Протеасома – бочонкообразная структра, создана из
глобулярных белков
Регуляторные белки cap-структуры, состоящей
из крышки- (lid proteins) и основания (base
proteins)
Внутренняя структура состоит из 4-колец, помещенных друг
на друга, каждое кольцо - из семи белковых субъединиц
b-субъединицы-протеолитическая функция)
a-субъединицы- создают отверстие в 13 ангстрем, через которое
денатурированные белки «протаскиваются» внутрь и расщепляются
Регуляторные белки cap-структуры, состоящей из крышки
(lid proteins) и основания (base proteins)
Сходство протеасомной структуры со структурой
шаперонина
Белки, отработавшие свой срок и подлежащие
удалению, узнаются регуляторными белками,
связанными с деятельностью протеасом, по ряду
признаков.
Они метятся особым образом (например, коротким
полипептидом –убиквитином), что позволяет
протеасоме «захватывать» эти белки и
протаскивать через внутренний канал, где эти
белки разрушаются до пептидов.
Схематическое изображение различных форм протеасом, включая
структуры 20S и 19S
Белки крышки (несколько субъединиц) и основания (base),
составляют 19S структуру cap, участвуют в связывании с белками,
предназначенными для деградации, узнавая их по специфическим
признакам (например, по полиубиквитинилированному концу)
Расщепление в протеасоме белков, меченых
присоединением убиквитина
• Регуляционный характер, так как клетка по необходимости
удаляет определенные белки, например, циклин.
• Убиквитин – небольшой высоко консервативный белок
• Убиквитин лигаза – семейство родственных узнающих белки,
которые нужно расщепить и добавляет к ним последовательно
молекулы убиквитина
– Отдельные убиквитиновые молеклы, располагаясь на
цитоплазматической части трансмембранных белков направляет
эти белки в эндосомы
– Полиубиквитиновые цепочки направляют цитозольные белки в
протеасомы
ubiquitin tag.
1. protein is tagged by a chain of ubiquitin molecules
2. protein-ubiquitin complex binds to the cap protein
3. ubiquitin is removed, protein unfolded through cap and the a-subunit gap
4. b-subunits degrade protein to short peptides, return to cytoplasm
(nucleoplasm or cytosol)
Убиквитин-активированный путь деградации белков в протеасомах
- N-end rule, protein half life correlates to the
(single) N-terminal amino acid.
- if N-terminal is Arginine, lysine: the protein
lasts 2 - 3 min in cytoplasm
- if It is Val, Met, >30 hrs
2. removal of improperly folded proteins
- mis-folded proteins are ejected from the R.E.R. back
to cytoplasm via the translocon pores, then degraded
by the proteasomes.
Последовательность событий расщепления белков в протеасомах
• Благодаря изменению в наборах белков структрных и
регуляторных субъединц существует определенная
тканеспецифичность расщепления белков в протеасомах в
ходе развития организма
• При инфицировании клеток организма чужеродные
белковые молекулы расщепляются в определенных
протеасомах на пептиды, которые могут быть
презентированы на поверхности антиген-презентирующих
клеток для выработки иммунной системой специфичного
Т-клеточного ответа на инфицирующие агенты.