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» - T 1/2 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 - T 1/2 («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 Внутренняя структура состоит из 4-колец, помещенных друг на друга, каждое кольцо - из семи белковых субъединиц -субъединицы- создают отверстие в 13 ангстрем, через которое денатурированные белки «протаскиваются» внутрь и расщепляются -субъединицы-протеолитическая функция) Регуляторные белки cap-структуры, состоящей из крышки- (lid proteins) и основания (base proteins) 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 -subunit gap -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 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.