Карта сайта

Это автоматически сохраненная страница от 17.12.2012. Оригинал был здесь: http://2ch.hk/b/res/39831175.html
Сайт a2ch.ru не связан с авторами и содержимым страницы
жалоба / abuse: admin@a2ch.ru

Пнд 17 Дек 2012 22:39:58
Лекция 17
Сегодня мы посмотрим, как протекает процесс обретения белковой цепью своей нативной структуры во времени, и обсудим кинетику самоорганизации белков. Я буду говорить только о водорастворимых глобулярных белках. Самоорганизация мембранных белков изучена еще сравнительно мало. Самоорганизация фибриллярных белков изучена лучше, но скорее не на физическом, а на биохимическом уровне (она уже обсуждалась на примере образования коллагена).


Пнд 17 Дек 2012 22:41:41
В живой клетке белок синтезируется на рибосоме. Биохимический синтез белковой цепи занимает порядка минуты, да и все изготовление "готового", свернутого белка, занимает примерно столько же — эксперимент не видит разницы (для справки: весь жизненный цикл бактерии может длиться всего пару десятков минут). Поэтому естественно предположить, что сворачивание белка может начинаться еще на рибосоме, еще до окончания ее полного синтеза всей белковой цепи.
К сожалению, достоверные экспериментальные данные об образовании белковой структуры in vivo — в клетке — весьма скудны: очень трудно увидеть структурные превращения растущего белка на фоне всего клеточного супа. Обычно приходится останавливать синтез, выделять "недоделанный" белок, исследовать его отдельно — на все уходит время, десятки минут, в течение которых пространственная структура исследуемой белковой цепи может кардинально измениться...

Пнд 17 Дек 2012 22:43:40
Ряд такого рода опытов с большими белками показывают, что их первые, N-концевые домены успевают (или, точнее, обладают способностью) свернуться еще до окончания полного синтеза цепи. Здесь, однако, надо подчеркнуть, что все данные эти относятся к многодоменными белкам; это существенная оговорка, так как "единицей самоорганизации", по-видимому, является не белок в целом, а его отдельный домен.

Пнд 17 Дек 2012 22:44:32
Ряд интересных данных по сворачиванию белков получен в бесклеточной белок-синтезирующей системе (т.е. не совсем in vivo, но и не совсем in vitro). Такая система состоит из рибосом, транспортных и информационных РНК и других факторов, необходимых для матричного синтеза белковой цепи.
К сожалению, и здесь очень трудно увидеть строение растущего белка на фоне громадной рибосомы. Строение, действительно, увидеть трудно. Но, если повезет, можно увидеть активность вновь синтезированного белка.

Пнд 17 Дек 2012 22:47:35
Счастливой находкой здесь оказалась люцифераза: этот белок, приняв свою нативную конформацию, катализирует реакцию с испусканием света. Так что появление нативной люциферазы легко увидеть — ведь больше в клетке ничего не светится. Исследуя биосинтез и сворачивание этого белка, — А.Н.Федоров, В.А.Колб, Е.В.Макеев и А.С.Спирин в нашем институте показали, что первый активный белок появляется через 10 мин. после включения его биосинтеза, а выключение, блокирование биосинтеза немедленно прекращает выход активного белка. Это значит, что цепей уже синтезированных, но еще не свернувшихся, практически нет — то есть показывает, что сворачивание этого большого, содержащего свыше 500 остатков в цепи белка идет либо котрансляционно, либо почти мгновенно после конца биосинтеза.

Пнд 17 Дек 2012 22:48:41
Однако для выяснения не только результата, но и хода процесса самоорганизации приходится исследовать самоорганизацию белка "совсем in vitro" (без всяких рибосом, шаперонов и т.д.), — то есть при ренатурации белка в растворе.

Глобулярный белок способен к спонтанной самоорганизации in vitro (ренатурации), если после биосинтеза он не подвергся сильной химической модификации. В этом случае его архитектура, "мягко" (без разрыва цепи) разрушенная температурой, растворителем и т.д., — спонтанно восстанавливается при "нормализации" среды. Правда, эффективная ренатурация нуждается в тщательном подборе экспериментальных условий — иначе ей может воспрепятствовать агрегация белка.

Пнд 17 Дек 2012 22:48:44
а туда ли зашел, петушок?
расскажи-ка лучше про шапейроны

Пнд 17 Дек 2012 22:50:03
Явление спонтанной самоорганизации белков было открыто в группе Анфинсена в 1961 г. на бычьей рибонуклеазе А. Это открытие, впоследствии подтвержденное на множестве других белков, а также возможность чисто химического синтеза белковой цепи, спонтанно сворачивающейся далее в активный белок (опыты Меррифилда и др.), позволяет — в первом приближении — отделить изучение структурообразования белка от изучения биосинтеза белковой цепи.

Пнд 17 Дек 2012 22:51:29
Большое спасибо тебе за то, что ты делаешь. Серьезно.

Пнд 17 Дек 2012 22:52:29
>>39831795
очевидно же...

Многие шапероны являются белками теплового шока, то есть белками, экспрессия которых начинается в ответ на рост температуры или другие клеточные стрессы. Тепло сильно влияет на фолдинг белка, а некоторые шапероны участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за неправильного сворачивания белков. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданных белков в тот момент, когда они «вытягиваются» из рибосомы. И хотя большинство только что синтезированных белков могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторому меньшинству обязательно требуется их присутствие.

Пнд 17 Дек 2012 22:53:20
Погоди, няша. Объясни сначала, что заставило неорганические химические элементы соединяться в аминокислоты, белки, в ДНК, начинать репликацию?

Пнд 17 Дек 2012 22:53:30
Самоорганизация белка in vitro может рассматриваться как самый простой (и поэтому для меня, физика, наиболее интересный) случай "чистой" самоорганизации, когда белку не помогает никто.

Вообще, самоорганизация пространственных структур белков (а также РНК) — уникальное физическое явление, не имеющее аналогов в "неживой" природе. Эта самоорганизация напоминает образование кристаллов, — но кристаллов, во-первых, не имеющих периодической пространственной структуры; во-вторых, чрезвычайно сложно устроенных; и, наконец, очень маленьких.

Пнд 17 Дек 2012 22:55:00
Самоорганизация белковых структур относится, с физической точки зрения, к классу явлений "возникновение порядка из порядка" (по классификации Пригожина): трехмерный "апериодический кристалл" (говоря словами Шредингера) структуры белка порождается заранее фиксированным порядком звеньев в его цепи. Видимо, следует сразу отметить, что самоорганизация трехмерной структуры белков (и РНК, и кристаллов вообще) возникает из стремления молекул к термодинамическому равновесию — и тем принципиально отличается от той самоорганизации типа "порядок из беспорядка" (будь то самоорганизация в осциллирующей химической реакции Белоусова-Жаботинского или самоорганизация в экологической системе "хищник-жертва"), которую обычно имеют в виду, говоря о самоорганизации в неравновесных, работающих на протоке энергии системах.

Пнд 17 Дек 2012 22:56:37
Однако прежде, чем перейти к рассказу о самоорганизации белка in vitro, к рассказу о физике этого спонтанного процесса, я хочу кратко упомянуть ту машинерию, которая используется клеткой для повышения эффективности самоорганизации белка.

Рибосома выдает белковую цепь постепенно и не вполне равномерно — есть паузы, приостановки биосинтеза цепи; предполагается, что соответствие пауз границам структурных доменов способствует их спокойному, без вмешательства извне, созреванию.

Пнд 17 Дек 2012 22:57:26
Это теперь вместо специалист-тредов такие посиделки, раз нумер стоит аж 17? Как часто выходишь на связь?

Пнд 17 Дек 2012 22:58:30
>>39832407
Поддвачну. Где остальные 16? Дайте хоть одним глазком взглянуть на то, что было.

Пнд 17 Дек 2012 22:58:55
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0

Пнд 17 Дек 2012 22:59:14
Тыж говорил что проёбываешь пары?

Пнд 17 Дек 2012 23:01:07
>самое интересное

В клетке белковая цепь сворачивается под опекой специальных белков — шаперонов. "Малые" шапероны типа hsp70 (heat shock protein, 70 килодальтон) связываются с белком, предохраняя его от агрегации, а потом сбрасываются (на что расходуется АТФ). "Большие" шапероны типа GroEL и GroES или TriC работают в основном с многодоменными белками, и особенно — с белками, чьи домены составлены из отдаленных кусков цепи. Эти шапероны образуют как бы пробирку (диаметром в несколько нанометров — и с крышечкой!), куда поступает новосинтезированный (и предварительно облепленный шаперонами типа hsp70 и/или hsp40) белок или его домен. Эта "пробирка" (иногда ее называют "ячейкой Анфинсена") защищает новорожденный белок и от агрегации, и от действия концентрированного клеточного "супа". При этом пробирка "трясется" и время от времени активно открывается (на что расходуется АТФ) и закрывается, — но отпускает она белок только тогда, когда он уже свернется и перестанет липнуть к пробирке.

Пнд 17 Дек 2012 23:01:25
Да, и скажи пожалуйста, как часто будешь создавать подобные треды если будешь.

Пнд 17 Дек 2012 23:02:48
Кроме того, самоорганизация белков может ускоряться некоторыми ферментами типа пролил-изомеразы (катализирующей медленно само по себе идущее превращение trans пролинов в cis и обратно) или дисульфид-изомеразы (катализирующей сшивание и расшивание SS связей).

Однако опыт показывает, что работа всей этой клеточной машинерии может быть заменена подбором соответствующих внешних условий (малой концентрации белка, нужного окислительно-восстановительного потенциала). Эта замена не меняет результат сворачивания: уж если белок не выпал в осадок, а свернулся in vitro — то он свернулся в ту же структуру, что и in vivo. Правда, часто это займет больше (а иногда — и меньше!) времени, чем самоорганизация in vivo, — но результат будет тот же.

Пнд 17 Дек 2012 23:04:39
Все это показывает, что вся необходимая для построения трехмерной структуры белка информация содержится в химической последовательности аминокислот в его цепи.

Похоже, что — помимо самого синтеза белковой цепи — биосинтетический аппарат клетки (рибосома + шапероны + ...) служит лишь чем-то вроде инкубатора для сворачивания пространственной структуры белка: этот "инкубатор" не определяет структуру белка, но он создает условия для ее созревания, — так же, как обычный инкубатор обеспечивает выведение птенца, не предопределяя, кто выведется — цыпленок или утенок.

Пнд 17 Дек 2012 23:05:51
Загадочность самоорганизации белков (и РНК) суммируется "парадоксом Левинталя". Загадка состоит вот в чем. У белковой цепи есть бездна возможных конформаций (каждый аминокислотный остаток имеет около 10 возможных конформаций, то есть цепь из 100 остатков — порядка 10100 возможных конформаций). Так что белок должен искать "свою" пространственную структуру среди порядка 10100 возможных. И так как переход из одной конформации в другую занимает ~10-13 секунды как минимум, перебор всех 10100 структур должен был бы занять порядка 1080 лет, на фоне которых время жизни нашей Вселенной — 1010 лет — величина бесконечно малая... Вопрос: как белок может "найти" свою структуру за минуты?

Пнд 17 Дек 2012 23:06:41
Парадокс же заключается в следующем. С одной стороны, нативная пространственная структура по всем тестам ведет себя как самая стабильная из всех структур цепи: белковая цепь попадает в нее при разных кинетических процессах [и при сворачивании на рибосоме в процессе биосинтеза, и после секреции сквозь мембрану, и при сворачивании в пробирке (ренатурации), — чем бы и как бы она ни была в этой пробирке развернута]. С другой стороны, нет никаких гарантий, что эта структура — самая стабильная из всех возможных: у белковой цепи просто нет времени на то, чтобы убедиться в этом!

Пнд 17 Дек 2012 23:07:51
Как же белок выбирает свою нативную структуру среди бесчисленного множества возможных? — спросил Левинталь, и ответил: — По-видимому, самоорганизующийся белок следует по какому-то специальному "пути сворачивания", и та структура, где этот путь заканчивается, и является его нативной структурой. Иными словами, Левинталь предположил, что нативная структура белка определяется не стабильностью, не термодинамикой, а кинетикой, т.е. она соответствует не глобальному, а просто быстро достижимому минимуму свободной энергии цепи.

Вопрос о том, что именно — кинетика или термодинамика — определяет укладку белковой цепи — отнюдь не чисто умозрительный. Он постоянно возникает на пути решения конкретных задач физики белка, — идет ли речь о предсказании структуры белка по его аминокислотной последовательности (надо знать, что предсказывать: самую стабильную или самую быстро сворачивающуюся его структуру), или о дизайне новых, не встречающихся в природе белков (надо знать, что делать: максимально усиливать стабильность желаемой структуры или пролагать максимально быстрый путь к ней).

Пнд 17 Дек 2012 23:08:45
Обсуждение механизма сворачивания белков началось сразу же после расшифровки первых трехмерных структур и открытия явления самоорганизации. Первой, видимо, была гипотеза Филлипса, согласно которой на N-конце растущей цепи (с которого начинается биосинтез белка) возникает зародыш структуры, и остальная цепь наматывается на него. В той или иной форме такая точка зрения присутствует в ряде работ и по сей день. Однако она не подтвердилась. В изящных работах Гольденберга и Крейтона было показано, что N-конец цепи не играет решающей роли в самоорганизации in vitro. Замкнутая в кольцо цепь небольшого белка, ингибитора трипсина, сохраняет способность к самоорганизации; и даже если разрезать это кольцо так, что новым N-концом окажется бывшая середина цепи — самоорганизация ведет к прежней пространственной структуре.


← К списку тредов