Правильно складывать или слаживать как правильно: СЛОЖИТЬ — это… Что такое СЛОЖИТЬ?

Как правильно загружать посуду в посудомоечную машину

Оставляйте просвет между хрупкими изделиями, чтобы они не соприкасались от вибрации. Не ставьте их рядом с тяжелыми металлическими предметами.

Не нагружайте посудомоечную машину слишком сильно. Во-первых, чтобы разбрызгиватели вращались свободно, требуется пространство. Во-вторых, небольшой просвет между изделиями поможет лучше очистить их. Если посуды накопилось много, мойте ее постепенно. Более чистую разместите в верхнюю корзину, а грязную — в нижнюю.

Посуды, наоборот, слишком мало? Это никак не отразится на качестве работы устройства. Но вам стоит использовать режим половинной загрузки или программу, адаптирующую цикл под количество посуды и степень загрязнения. Если их нет, на несколько тарелок вы затратите столько же моющего средства, воды и электроэнергии, как если бы вымыли целый комплект.

Правила загрузки отдельных видов посуды

Посуда для напитков. Как мы уже знаем, ее размещают на верхней полке. Перевернув вверх дном, чашки и стаканы кладут под небольшим углом. Бокалы фиксируют на держателях. Так, вода свободно стекает, а не задерживается в емкости.

Тарелки разных размеров складывают на разные лотки. Перевернутые блюдца, пиалы, супницы и миски, слегка наклонив, фиксируют наверху. Плоские изделия устанавливают на нижней полке лицевой частью к центру: чем больше диаметр, тем ближе к краю.

Кастрюли, сковороды, сотейники загружают вверх дном в нижний лоток. Старайтесь расположить их так, чтобы ручки не мешали другой посуде. Съемные элементы удобнее разместить отдельно.

Столовые ножи, вилки и ложки складывают на специальном лотке горизонтально или в корзинке — вертикально. При этом первые должны стоять рукояткой вверх, а вилки и ложки — вниз. Рекомендуется устанавливать приборы вперемешку, так они не будут загораживать друг друга.

Сложение и вычитание значений времени

Сложение значений времени

Допустим, вам нужно узнать, сколько часов и минут потребует выполнение двух задач. По вашей оценке на выполнение первой задачи потребуется 6 часов 45 минут, а на выполнение второй задачи — 9 часов 30 минут.

Вот один из способов настроить эту возможность на этом или только на одном из них.

1. Введите 6:45 в ячейку B2,а в ячейке B3 —9:30.

2. В ячейке B4 введите =B2+B3 и нажмите ввод.

   Результат выполнения двух задач составляет 16:15–16 часов 15 минут.

   Совет: Вы можете также складывать значения времени с помощью функции Автосумма для чисел. Выделите ячейку B4, а затем на вкладке Главная выберите Автосумма. Формула будет выглядеть следующим образом: =СУММ(B2:B3). Нажмите ввод, чтобы получить такой же результат ( 16 часов 15 минут).

Это было достаточно просто, но если количество часов превышает 24, нужно будет дополнительно сделать шаг. К результату формулы необходимо применить специальный формат.

Чтобы сложить более 24 часов:

1. В ячейку B2 введите значение 12:45, а в ячейку B3 — 15:30.

2. В ячейку B4 введите формулу =B2+B3 и нажмите клавишу ВВОД.

   Результат — 4:15, что не следует ожидать. Это потому, что время задачи 2 составляет 24-часовой срок. 15:30 — то же самое, что и 3:30.

3. Чтобы отобразить значение времени, превышающее 24 часа, выберите ячейку B4.

4. На вкладке Главная в группе Ячейки нажмите кнопку Формат и выберите пункт Формат ячеек.

5. В диалоговом окне Формат ячеек в списке Категория выберите пункт (все форматы).

6. В поле «Тип» в верхней части списка форматов введите [ч]:мм;@, а затем выберите «ОК».

   Обратите внимание на двоеточие после [ч] и двоеточие после мм.

В результате получится 28 часов 15 минут. Формат сохраняется в списке Тип для дальнейшего использования.

Вычитание значений времени

Рассмотрим еще один пример: предположим, что вы с друзьями знаете время начала и окончания работы над волонтерным проектом и хотите знать, сколько времени вы потратили в общей сложности.

Выполните эти действия, чтобы получить за выпавное время — разницу между двумя значениями времени.

1. В ячейке B2 введите время начала и введите«a» для AM или «p»для PM. После этого нажмите клавишу ВВОД.

2. В ячейке C2 введите время окончания, включая «a» или «p»,а затем нажмите ввод.

3. Введите другие значениям времени начала и окончания для своих друзей Сергея и Николая.

4. В ячейке D2 введите формулу =C2-B2и нажмите ввод времени окончания из времени начала, а затем нажмите ввод.

5. В диалоговом окне Формат ячеек в списке Категория выберите пункт (все форматы).

6. Выберите в списке Тип пункт ч:мм (часы и минуты) и нажмите кнопку ОК.

   Теперь видно, что Григорий работал 3 часа 45 минут.

7. Чтобы получить результаты для Сергея и Николая, скопируйте формулу, выделив ячейку D2 и перетащив ее на ячейку D4.

   Параметры форматирования в ячейке D2 скопируются вместе с формулой.

Чтобы вычесть время, которое превышает 24 часа:

Необходимо создать формулу для вычитания разницы между двумя значениями времени, которая превышает 24 часа.

Выполните следующие действия:

1. В примере выше щелкните ячейку B1 и перетащите рамку выделения на ячейку B2, что даст вам возможность применить формат к двум ячейкам одновременно.

2. В диалоговом окне Формат ячеек в списке Категория выберите пункт (все форматы).

3. В поле Тип вверху списка форматов введите д. м.гггг ч:мм.

   Обратите внимание на пустое пространство в конце года и в конце мм.

   В дальнейшем новый формат будет доступен в списке Тип.

4. В ячейке B1 введите дату начала, включая день, месяцигод.

5. Выполните те же действия для даты окончания в ячейке B2.

6. Введите формулу в ячейку B3: =(B2-B1)*24.

Результат — 31,5 часа.

Примечание: Вы можете складывать и вычитать больше 24 часов в Excel в Интернете но не можете применить пользовательский числовой формат.

Сложение значений времени

Допустим, нужно узнать, сколько часов и минут потребует выполнение двух задач. По вашей оценке на выполнение первой задачи потребуется 6 часов 45 минут, а на выполнение второй задачи — 9 часов 30 минут.

1. В ячейку B2 введите значение 6:45, а в ячейку B3 — 9:30.

2. В ячейку B4 введите формулу =B2+B3 и нажмите клавишу ВВОД.

На выполнение двух задач потребуется 16 часов 15 минут.

Совет: Вы также можете складывать время с помощью автоуммы. Щелкните ячейку B4. Затем нажмите кнопку «>». Формула будет выглядеть следующим образом: =СУММ(B2:B3). Нажмите ввод, чтобы получить результат (16 часов 15 минут).

Вычитание значений времени

Предположим, вы с друзьями знаете время начала и окончания работы над волонтерским проектом и хотите узнать, сколько времени вы потратили. Другими словами, вы хотите вычислить затраченное время или разницу между двумя значениями времени.

1. В ячейку B2 введите время начала, нажмите клавишу ПРОБЕЛ, а затем введите (для 12-часового формата времени) букву «a» для AM или «p» для PM и нажмите клавишу ВВОД. В ячейку C2 введите время окончания, включая соответствующую букву (для 12-часового формата времени) «a» или «p», и нажмите клавишу ВВОД. Введите другие значения времени начала и окончания для своих друзей Владимира и Николая.

2. В ячейку D2 введите формулу =C2-B2, чтобы вычесть значение времени окончания из значения времени начала, и нажмите клавишу ВВОД.

Теперь мы видим, что Григорий проработал в рамках проекта 3 часа 45 минут.

1. Чтобы получить результаты для Владимира и Николая, скопируйте формулу, щелкнув ячейку D2 и перетащив рамку выделения на ячейку D4. Параметры форматирования в ячейке D2 скопируются вместе с формулой.

Связывание белков: хорошее, плохое и уродливое

Мы часто думаем о белках как о питательных веществах в пище, которые мы едим, или как о главном компоненте мышц, но белки также представляют собой микроскопические молекулы внутри клеток, которые выполняют разнообразные и жизненно важные функции. Завершив проект «Геном человека», ученые обращают внимание на «протеом» человека — каталог всех человеческих белков. Эта работа показала, что мир белков увлекателен, он полон молекул с такими замысловатыми формами и точными функциями, что они кажутся почти фантастическими.

Функция белка зависит от его формы, и когда образование белка идет не так, образующиеся в результате деформированные белки вызывают проблемы, которые варьируются от плохих, когда белки пренебрегают своей важной работой, до уродливых, когда они образуют липкую комковатую массу внутри клеток. Текущие исследования показывают, что мир белков далек от первозданного. Образование белка — это процесс, подверженный ошибкам, и ошибки на этом пути были связаны с рядом заболеваний человека.

Мир белков:

В типичной человеческой клетке содержится от 20 000 до более чем 100 000 уникальных типов белков.Почему так много? Белки — это рабочие лошадки клетки. Каждый мастерски выполняет конкретную задачу. Некоторые из них являются структурными, например, придают жесткость мышечным клеткам или длинным тонким нейронам. Другие связываются с определенными молекулами и доставляют их в новые места, а третьи катализируют реакции, которые позволяют клеткам делиться и расти. Такое разнообразие и специфичность функций стало возможным благодаря, казалось бы, простому свойству белков: они сворачиваются.

Белки складываются в функциональную форму

Белок начинается в клетке как длинная цепочка, состоящая в среднем из 300 строительных блоков, называемых аминокислотами.Существует 22 различных типа аминокислот, и их порядок определяет, как белковая цепь будет складываться сама по себе. При складывании первыми обычно образуются конструкции двух типов. Некоторые области белковой цепи сворачиваются в тонкие образования, называемые «альфа-спиралями», в то время как другие области складываются в зигзагообразные узоры, называемые «бета-листами», которые напоминают складки бумажного веера. Эти две структуры могут взаимодействовать с образованием более сложных структур. Например, в одной структуре белка несколько бета-листов обвиваются вокруг себя, образуя полую трубку с несколькими альфа-спиралями, выступающими из одного конца. Трубка короткая и приземистая, так что общая структура напоминает змей (альфа-спирали), выходящих из банки (бета-листовая трубка). Несколько других белковых структур с описательными названиями включают «бета-ствол», «бета-пропеллер», «альфа / бета-подкову» и «складку желе-ролла».

Эти сложные структуры позволяют белкам выполнять свою разнообразную работу в клетке. Белок «змеи в банке», когда он встроен в клеточную мембрану, создает туннель, который позволяет входить и выходить из клеток.Другие белки образуют формы с карманами, называемыми «активными центрами», которые идеально подходят для связывания с определенной молекулой, например, с замком и ключом. Сворачиваясь в различные формы, белки могут выполнять очень разные роли, несмотря на то, что они состоят из одних и тех же основных строительных блоков. Чтобы провести аналогию, все автомобили сделаны из стали, но обтекаемая форма гоночного автомобиля побеждает в гонках, в то время как автобус, самосвал, кран или дзамбони имеют форму для выполнения своих уникальных задач.

Почему иногда происходит сбой сворачивания белка?

Сворачивание позволяет белку принимать функциональную форму, но это сложный процесс, который иногда терпит неудачу.Сворачивание белков может пойти не так по трем основным причинам:

1: Человек может обладать мутацией, которая изменяет аминокислоту в белковой цепи, что затрудняет поиск конкретным белком его предпочтительной складки или «нативного» состояния. Это касается наследственных мутаций, например, приводящих к муковисцидозу или серповидно-клеточной анемии. Эти мутации расположены в последовательности ДНК или «гене», кодирующем один конкретный белок. Следовательно, эти типы унаследованных мутаций влияют только на этот конкретный белок и связанные с ним функции.

2: С другой стороны, нарушение сворачивания белков можно рассматривать как продолжающийся и более общий процесс, который влияет на многие белки. Когда создаются белки, машина, считывающая указания ДНК для создания длинных цепочек аминокислот, может делать ошибки. Ученые подсчитали, что эта машина, рибосома, допускает ошибки в 1 из каждых 7 белков! Эти ошибки могут снизить вероятность правильного сворачивания полученных белков.

3: Даже если аминокислотная цепь не имеет мутаций или ошибок, она все равно может не достичь своей предпочтительной складчатой ​​формы просто потому, что белки не складываются правильно в 100% случаев.Сворачивание белка становится еще более трудным, если условия в клетке, такие как кислотность и температура, изменяются от тех, к которым привык организм.

Нарушение сворачивания белка вызывает несколько известных заболеваний, и ученые предполагают, что многие другие болезни могут быть связаны с проблемами сворачивания. Есть две совершенно разные проблемы, которые возникают в клетках, когда их белки не складываются должным образом.

Один тип проблемы, называемый «потеря функции», возникает, когда недостаточное количество определенного белка сворачивается должным образом, вызывая нехватку «специализированных работников», необходимых для выполнения конкретной работы. Например, представьте, что правильно свернутый белок имеет идеальную форму, чтобы связывать токсин и расщеплять его на менее токсичные побочные продукты. Без достаточного количества правильно сложенного белка токсин будет накапливаться до разрушительного уровня. В качестве другого примера, белок может отвечать за метаболизм сахара, так что клетка может использовать его для получения энергии. Клетка будет расти медленно из-за недостатка энергии, если в ее функциональном состоянии будет недостаточно белка. Причина, по которой клетка заболевает, в этих случаях связана с нехваткой одного специфического, правильно сложенного, функционального белка.Муковисцидоз, болезнь Тея-Сакса, синдром Марфана и некоторые формы рака являются примерами заболеваний, которые возникают, когда один тип белка не может выполнять свою работу. Кто знал, что один тип белка из десятков тысяч может быть настолько важен?

Белки, которые сворачиваются неправильно, также могут повлиять на здоровье клетки независимо от функции белка. Когда белки не могут свернуться в свое функциональное состояние, полученные неправильно свернутые белки могут принимать форму, неблагоприятную для переполненной клеточной среды.Большинство белков содержат липкие, «ненавидящие воду» аминокислоты, которые они закапывают глубоко внутри своего ядра. Неправильно свернутые белки изнашиваются этими внутренними частями снаружи, как леденцы в шоколаде, раздавленные, чтобы обнажить липкую карамельную серединку. Эти неправильно свернутые белки часто слипаются, образуя сгустки, называемые «агрегатами». Ученые предполагают, что накопление неправильно свернутых белков играет роль в нескольких неврологических заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и болезнь Лу Герига (БАС), но ученые все еще работают над тем, чтобы выяснить, как именно эти неправильно свернутые липкие молекулы наносят ущерб клеткам. .

Один неправильно свернутый белок выделяется среди остальных и заслуживает особого внимания. «Прионный» белок при болезни Крейтцфельдта-Якоба, также известной как болезнь коровьего бешенства, является примером неправильно свернутого белка. Этот белок не только необратимо неправильно свернут, но и превращает другие функциональные белки в свое скрученное состояние.

Как наши клетки защищаются от неправильно свернутых белков?

Недавние исследования показывают, что неправильная укладка белков часто происходит внутри клеток.К счастью, клетки привыкли справляться с этой проблемой и имеют несколько систем для повторного укладки или разрушения аберрантных белковых образований.

Шапероны — одна из таких систем. Правильно названные, они сопровождают белки в процессе сворачивания, улучшая шансы белка на правильное сворачивание и даже позволяя некоторым неправильно свернутым белкам возможность повторно укладываться. Интересно, что шапероны сами по себе являются белками! Есть много разных типов шаперонов. Некоторые специально предназначены для того, чтобы помочь одному типу белка сворачиваться, в то время как другие действуют в более общем плане.Некоторые шапероны имеют форму больших полых камер и обеспечивают белкам безопасное пространство, изолированное от других молекул, в котором они могут складываться. Производство нескольких шаперонов усиливается, когда клетка сталкивается с высокими температурами или другими условиями, затрудняющими сворачивание белков, в результате чего эти шапероны получили прозвище «белки теплового шока».

Другая линия защиты клеток от неправильно свернутых белков называется протеасомой. Если неправильно свернутые белки задерживаются в клетке, они будут уничтожены этой машиной, которая пережевывает белки и выплевывает их в виде небольших фрагментов аминокислот.Протеасома похожа на центр переработки, позволяющий клетке повторно использовать аминокислоты для производства большего количества белков. Сама протеасома — это не один белок, а множество действующих вместе. Белки часто взаимодействуют с образованием более крупных структур с важными клеточными функциями. Например, хвост спермы человека представляет собой структуру, состоящую из многих типов белков, которые работают вместе, образуя сложный роторный двигатель, который продвигает сперму вперед.

Будущие исследования сворачивания и неправильного сворачивания белков:

Почему некоторые неправильно свернутые белки способны уклоняться от таких систем, как шапероны и протеасома? Как липкие неправильно свернутые белки могут вызывать перечисленные выше нейродегенеративные заболевания? Некоторые белки неправильно складываются чаще, чем другие? Эти вопросы находятся в авангарде текущих исследований, направленных на понимание основ биологии белков и болезней, которые возникают в результате неправильного сворачивания белка.

Обширный мир белков с большим разнообразием форм наделяет клетки способностями, которые позволяют жизни существовать и допускают ее разнообразие (например, различия между клетками глаза, кожи, легких или сердца, а также различия между видами) . Возможно, по этой причине слово «белок» происходит от греческого слова «протас», что означает «первостепенное значение».

— Внесено Керри Гейлер, аспирантом 4-го курса Гарвардского факультета органической и эволюционной биологии

Protein Folding — обзор

Протеин Фолдинг

Сворачивание белка — это процесс сворачивания полипептидной цепи в биологически активный белок в его нативной трехмерной структуре. Структура белка имеет решающее значение для его функции. Сложенные белки удерживаются вместе за счет различных молекулярных взаимодействий.

Во время трансляции каждый белок синтезируется как линейная цепь аминокислот или случайный клубок, не имеющий стабильной трехмерной структуры.Аминокислоты в цепи в конечном итоге взаимодействуют друг с другом, образуя четко определенный свернутый белок. Аминокислотная последовательность белка определяет его трехмерную структуру. Сворачивание белков в их правильную нативную структуру является ключом к их функции. Отсутствие правильного сворачивания приводит к образованию неактивных или токсичных белков, которые нарушают работу и вызывают ряд заболеваний.

Четыре стадии сворачивания белка

Сворачивание белка — сложный процесс, состоящий из четырех стадий, в результате которого возникают различные трехмерные белковые структуры, необходимые для различных функций в организме человека.Структура белка иерархически упорядочена, от первичной до четвертичной. Широкое разнообразие аминокислотных последовательностей объясняет различные конформации в структуре белка.

• Первичная структура относится к линейной последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи.
• Вторичная структура создается путем образования водородных связей между атомами в основной цепи полипептида, которая складывает цепи в альфа-спирали или бета-листы.
• Третичная структура образована складыванием листов вторичной структуры или спиралей друг в друга. Третичная структура белка — это его геометрическая форма. Обычно он имеет полипептидную цепь в качестве основы с одной или несколькими вторичными структурами. Третичная структура определяется взаимодействиями и связыванием боковых цепей аминокислот в белке.
• Четвертичная структура является результатом свернутых аминокислотных цепей в третичных структурах, дополнительно взаимодействующих друг с другом с образованием функционального белка, такого как гемоглобин или ДНК-полимераза.

Факторы, влияющие на сворачивание белка

Сворачивание белка — очень чувствительный процесс, на который влияют несколько внешних факторов, включая электрические и магнитные поля, температуру, pH, химические вещества, ограничение пространства и скопление молекул. Эти факторы влияют на способность белков принимать правильные функциональные формы.

Экстремальные температуры влияют на стабильность белков и вызывают их разворачивание или денатурирование. Точно так же экстремальный pH, механические силы и химические денатурирующие вещества могут денатурировать белки.Во время денатурации белки теряют свою третичную и вторичную структуры и превращаются в случайный клубок. Хотя денатурация не всегда обратима, некоторые белки могут повторно сворачиваться при определенных условиях.

Некоторые клетки содержат белки теплового шока или шапероны, которые защищают белки клетки от тепловой денатурации. Шапероны помогают белкам сворачиваться и оставаться свернутыми при экстремальных температурах. Они также помогают неправильно свернутым белкам правильно разворачиваться и повторно сворачиваться.

Заболевания, связанные с неправильным сворачиванием белков

Неправильно свернутые белки легко денатурируют и теряют свою структуру и функцию.Неправильная укладка белка может привести ко многим заболеваниям человека.

Болезнь Альцгеймера представляет собой пример нейродегенеративного состояния, вызванного неправильной упаковкой белка. Это заболевание характеризуется плотными бляшками в головном мозге, вызванными неправильной укладкой вторичных β-листов фибриллярных β-амилоидных белков, присутствующих в мозговом веществе. Болезнь Хантингтона и болезнь Паркинсона — другие примеры нейродегенеративных заболеваний, связанных с неправильной укладкой белков.

Муковисцидоз (CF) — это смертельное заболевание, вызванное неправильной укладкой белка трансмембранного регулятора проводимости муковисцидоза (CFTR).В большинстве случаев CF фенилаланин в положении 508 CFTR удаляется, вызывая неправильную укладку белка-регулятора. Также было показано, что некоторые аллергии вызваны неправильным сворачиванием белков.

Список литературы

1. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10494843
2. http://lectures.molgen.mpg.de/ProteinStructure/Levels/
3. http://www.chemicalconnection.org.uk/chemistry/topics/view.php?topic=5&headingno=6
4. http: // chemwiki.ucdavis.edu/Core/Biological_Chemistry/Proteins/Protein_Structure/Protein_Folding

Дополнительная литература

— клетка

завершает поток генетической информации внутри клетки. Последовательность нуклеотидов в ДНК теперь преобразована в последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Однако синтез полипептида не эквивалентен производству функционального белка. Чтобы быть полезными, полипептиды должны складываться в отдельные трехмерные конформации, и во многих случаях несколько полипептидных цепей должны собираться в функциональный комплекс. Кроме того, многие белки подвергаются дальнейшим модификациям, включая расщепление и ковалентное присоединение углеводов и липидов, которые имеют решающее значение для функционирования и правильной локализации белков внутри клетки.

Шапероны и сворачивание белков

Трехмерные конформации белков являются результатом взаимодействий между боковыми цепями составляющих их аминокислот, как описано в главе 2. Классический принцип сворачивания белка заключается в том, что вся информация, необходимая для белка, Принятие правильной трехмерной конформации обеспечивается его аминокислотной последовательностью.Первоначально это было установлено в экспериментах Кристиана Анфинсена, демонстрирующих, что денатурированная РНКаза может спонтанно повторно укладывать in vitro в свою активную конформацию (см.). Таким образом, сворачивание белка оказалось процессом самосборки, который не требует дополнительных клеточных факторов. Однако более поздние исследования показали, что это неадекватное описание сворачивания белка внутри клетки. Правильное сворачивание белков внутри клеток опосредуется действиями других белков.

Белки, которые способствуют сворачиванию других белков, называются молекулярными шаперонами. Термин «шаперон» был впервые использован Роном Ласки и его коллегами для описания белка (нуклеоплазмина), который необходим для сборки нуклеосом из гистонов и ДНК. Нуклеоплазмин связывается с гистонами и опосредует их сборку в нуклеосомы, но сам нуклеоплазмин не включается в окончательную структуру нуклеосомы. Таким образом, шапероны действуют как катализаторы, которые облегчают сборку, не будучи частью собранного комплекса.Последующие исследования расширили эту концепцию, включив в нее белки, которые опосредуют множество других процессов сборки, в частности, сворачивание белков.

Важно отметить, что шапероны не несут дополнительную информацию, необходимую для сворачивания полипептидов в их правильные трехмерные конформации; сложенная конформация белка определяется исключительно его аминокислотной последовательностью. Скорее, шапероны катализируют сворачивание белка, помогая процессу самосборки. Они, по-видимому, функционируют путем связывания и стабилизации развернутых или частично свернутых полипептидов, которые являются промежуточными продуктами на пути, ведущем к окончательному правильно свернутому состоянию.В отсутствие шаперонов развернутые или частично свернутые полипептидные цепи были бы нестабильны внутри клетки, часто неправильно сворачиваясь или агрегируя в нерастворимые комплексы. Связывание шаперонов стабилизирует эти развернутые полипептиды, тем самым предотвращая неправильную укладку или агрегацию и позволяя полипептидной цепи складываться в правильную конформацию.

Хороший пример — шапероны, которые связываются с растущими полипептидными цепями, которые все еще транслируются на рибосомах, тем самым предотвращая неправильную укладку или агрегацию аминоконцевой части полипептида до завершения синтеза цепи ().Предположительно, это взаимодействие особенно важно для белков, в которых карбокси-конец (последний синтезируемый) необходим для правильного сворачивания аминоконца. В таких случаях связывание шаперона стабилизирует аминоконцевую часть в развернутой конформации до тех пор, пока остальная часть полипептидной цепи не будет синтезирована, и завершенный белок не сможет правильно уложиться. Шапероны также стабилизируют развернутые полипептидные цепи во время их транспорта в субклеточные органеллы — например, во время переноса белков в митохондрии из цитозоля ().Белки транспортируются через митохондриальную мембрану в частично развернутых конформациях, которые стабилизируются шаперонами в цитозоле. Затем шапероны внутри митохондрии способствуют переносу полипептидной цепи через мембрану и ее последующему сворачиванию внутри органеллы. Кроме того, шапероны участвуют в сборке белков, которые состоят из множества полипептидных цепей, в сборке макромолекулярных структур (например, нуклеоплазмина) и (как обсуждается далее в этой главе) в регуляции деградации белков.

Рисунок 7.17

Действие шаперонов при трансляции. Шапероны связываются с амино (N) концом растущей полипептидной цепи, стабилизируя ее в развернутой конфигурации до завершения синтеза полипептида. Завершенный белок затем высвобождается из (подробнее …)

Рисунок 7.18

Действие шаперонов во время транспорта белка. Частично развернутый полипептид переносится из цитозоля в митохондрию. Цитозольные шапероны стабилизируют развернутую конфигурацию.Митохондриальные шапероны способствуют транспортировке и последующему (подробнее …)

Многие из белков, которые, как известно, функционируют как молекулярные шапероны (), изначально были идентифицированы как белки теплового шока, группа белков, экспрессируемых в клетках, подвергшихся воздействию повышенных температур. или другие формы экологического стресса. Считается, что белки теплового шока (сокращенно Hsp), которые являются высококонсервативными как в прокариотических, так и в эукариотических клетках, стабилизируют и облегчают рефолдинг белков, которые были частично денатурированы в результате воздействия повышенной температуры.Однако многие члены семейства белков теплового шока экспрессируются и выполняют важные клеточные функции в нормальных условиях роста. Эти белки служат в качестве молекулярных шаперонов, которые необходимы для сворачивания и транспорта полипептидов в нормальных условиях, а также в клетках, подверженных стрессу окружающей среды.

Семейства белков теплового шока Hsp70 и Hsp60, по-видимому, особенно важны в общих путях сворачивания белков как в прокариотических, так и в эукариотических клетках.Белки обоих семейств функционируют путем связывания с развернутыми участками полипептидных цепей. Члены семейства Hsp70 стабилизируют развернутые полипептидные цепи во время трансляции (см., Например,), а также во время транспорта полипептидов в различные субклеточные компартменты, такие как митохондрии и эндоплазматический ретикулум. Эти белки связываются с короткими сегментами (семь или восемь аминокислотных остатков) развернутых полипептидов, поддерживая полипептидную цепь в развернутой конфигурации и предотвращая агрегацию.

Члены семейства Hsp60 (также называемые шаперонинами) способствуют укладке белков в их нативные конформации. Каждый шаперонин состоит из 14 субъединиц примерно по 60 килодальтон (кДа) каждая, расположенных в два уложенных друг на друга кольца, образующих структуру «двойной бублик» (). Развернутые полипептидные цепи защищены от цитозоля за счет связывания в центральной полости шаперонинового цилиндра. В этой изолированной среде сворачивание белка может происходить, в то время как агрегация развернутых сегментов полипептидной цепи предотвращается их связыванием с шаперонином.Связывание развернутых полипептидов с шаперонином является обратимой реакцией, которая связана с гидролизом АТФ как источника энергии. Таким образом, гидролиз АТФ запускает несколько циклов высвобождения и повторного связывания развернутых участков полипептидной цепи с шаперонином, позволяя полипептиду постепенно складываться в правильную конформацию.

Рисунок 7.19

Структура шаперонина. GroEL, член семейства Hsp60, представляет собой пористый цилиндр, состоящий из двух уложенных друг на друга колец.Каждое кольцо состоит из семи субъединиц. (Любезно предоставлено Полом Б. Сиглером, Йельский университет.)

В некоторых случаях было обнаружено, что члены семейств Hsp70 и Hsp60 действуют вместе последовательно. Например, члены семейства Hsp70 и Hsp60 действуют последовательно во время транспорта белков в митохондрии и во время сворачивания вновь синтезированных белков в E . coli (). Во-первых, шаперон Hsp70 стабилизирует формирующиеся полипептидные цепи до завершения синтеза белка.Развернутая полипептидная цепь затем переносится на шаперонин Hsp60, внутри которого происходит сворачивание белка, давая белок, правильно уложенный в его функциональную трехмерную конформацию. Члены семейств Hsp70 и Hsp60 обнаруживаются в цитозоле и в субклеточных органеллах (например, митохондриях) эукариотических клеток, а также в бактериях (см.), Поэтому последовательное действие Hsp70 и Hsp60, по-видимому, представляет собой общий путь белка складной. Альтернативный путь сворачивания некоторых белков в цитозоле и эндоплазматическом ретикулуме может включать последовательные действия членов семейства Hsp70 и Hsp90, хотя функция Hsp90 еще недостаточно изучена.

Рисунок 7.20

Последовательное действие шаперонов Hsp70 и Hsp60. Шапероны семейства Hsp70 связываются с развернутыми полипептидными цепями и стабилизируют их во время трансляции. Затем развернутый полипептид переносится на шапероны семейства Hsp60, внутри которых белок (подробнее …)

Ферменты и сворачивание белка

Помимо шаперонов, которые способствуют сворачиванию белка путем связывания и стабилизации частично свернутых промежуточных продуктов, клетки содержат по крайней мере, два типа ферментов, которые катализируют сворачивание белка путем разрыва и повторного образования ковалентных связей.Образование дисульфидных связей между остатками цистеина важно для стабилизации свернутых структур многих белков (см.). Дисульфидизомераза протеина, открытая Кристианом Анфинсеном в 1963 году, катализирует разрыв и повторное образование этих связей (). Для белков, которые содержат несколько остатков цистеина, протеин-дисульфидизомераза (PDI) играет важную роль, способствуя быстрому обмену между парными дисульфидами, тем самым позволяя белку достичь паттерна дисульфидных связей, совместимого с его стабильно свернутой конформацией. Дисульфидные связи обычно ограничиваются секретируемыми белками и некоторыми мембранными белками, поскольку цитозоль содержит восстановители, которые поддерживают остатки цистеина в их восстановленной (-SH форме), тем самым предотвращая образование дисульфидных (S-S) связей. В эукариотических клетках дисульфидные связи образуются в эндоплазматическом ретикулуме, в котором поддерживается окислительная среда. В соответствии с ролью дисульфидных связей в стабилизации секретируемых белков, активность PDI в эндоплазматическом ретикулуме коррелирует с уровнем секреции белка в различных типах клеток.

Рисунок 7.21

Действие протеиндисульфидизомеразы. Дисульфидизомераза протеина (PDI) катализирует разрыв и воссоединение дисульфидных связей, что приводит к обменам между парными дисульфидами в полипептидной цепи. Фермент образует дисульфидную связь с цистеином (подробнее …)

Второй фермент, который играет роль в сворачивании белков, катализирует изомеризацию пептидных связей, которые включают остатки пролина (). Пролин является необычной аминокислотой в том смысле, что равновесие между конформациями цис и транс пептидных связей, которые предшествуют остаткам пролина, лишь немного в пользу формы транс .Напротив, пептидные связи между другими аминокислотами почти всегда находятся в форме транс . Изомеризация между конфигурациями цис- и транс пролил-пептидных связей, которая в противном случае могла бы представлять собой лимитирующую стадию сворачивания белка, катализируется ферментом пептидилпролилизомеразой. Этот фермент широко распространен как в прокариотических, так и в эукариотических клетках и может катализировать рефолдинг по крайней мере некоторых белков. Однако его физиологически важные субстраты и роль в клетках еще не определены.

Рисунок 7.22

Действие пептидилпролилизомеразы. Пептидилпролилизомераза катализирует изомеризацию пептидных связей, которые включают пролин между конформациями цис и транс .

Расщепление белка

Расщепление полипептидной цепи (протеолиз) является важным этапом созревания многих белков. Простым примером является удаление инициатора метионина с аминоконца многих полипептидов, которое происходит вскоре после того, как аминоконце растущей полипептидной цепи выходит из рибосомы.Затем к аминоконцевым остаткам часто добавляют дополнительные химические группы, такие как ацетильные группы или цепи жирных кислот (обсуждаемые вкратце).

Протеолитические модификации аминоконца также участвуют в транслокации многих белков через мембраны, включая секретируемые белки как у бактерий, так и у эукариот, а также белки, предназначенные для включения в плазматическую мембрану, лизосомы, митохондрии и хлоропласты эукариотических клеток. . Эти белки нацелены на транспортировку к месту назначения с помощью амино-концевых последовательностей, которые удаляются протеолитическим расщеплением, когда белок пересекает мембрану.Например, аминоконцевые сигнальные последовательности, обычно длиной около 20 аминокислот, нацелены на секретируемые белки в плазматическую мембрану бактерий или в эндоплазматический ретикулум эукариотических клеток, пока трансляция все еще продолжается (). Сигнальная последовательность, состоящая преимущественно из гидрофобных аминокислот, вставляется в мембрану по мере ее выхода из рибосомы. Остальная часть полипептидной цепи проходит через канал в мембране в процессе трансляции. Затем сигнальная последовательность расщепляется специфической мембранной протеазой (сигнальной пептидазой) и высвобождается зрелый белок.В эукариотических клетках транслокация растущих полипептидных цепей в эндоплазматический ретикулум является первым шагом на пути к белкам для секреции, включения в плазматическую мембрану или включения в лизосомы. Механизмы, которые направляют транспорт белков в эти места назначения, а также роль других нацеливающих последовательностей в направлении импорта белков в митохондрии и хлоропласты будут подробно обсуждаться в главах 9 и 10.

Рис. 7.23

Роль сигнальных последовательностей в мембранной транслокации.Последовательности сигналов нацелены на перемещение полипептидных цепей через плазматическую мембрану бактерий или в эндоплазматический ретикулум эукариотических клеток (показано здесь). Сигнальная последовательность (подробнее …)

В других важных случаях протеолитического процессинга активные ферменты или гормоны образуются в результате расщепления более крупных предшественников. Инсулин, который синтезируется как более длинный полипептид-предшественник, является хорошим примером. Инсулин образуется двумя расщеплениями. Первоначальный предшественник (препроинсулин) содержит амино-концевую сигнальную последовательность, которая направляет полипептидную цепь в эндоплазматический ретикулум ().Удаление сигнальной последовательности во время переноса в эндоплазматический ретикулум дает второй предшественник, называемый проинсулином. Этот предшественник затем превращается в инсулин, который состоит из двух цепей, удерживаемых вместе дисульфидными связями, путем протеолитического удаления внутреннего пептида. Другие белки, активируемые аналогичными процессами расщепления, включают пищеварительные ферменты и белки, участвующие в свертывании крови.

Рисунок 7.

Протеолитическая обработка инсулина. Зрелая молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей (А и В), соединенных дисульфидными связями.Он синтезируется как полипептид-предшественник (препроинсулин), содержащий расщепляемую аминоконцевую сигнальную последовательность (подробнее …)

Интересно отметить, что белки многих вирусов животных происходят в результате расщепления более крупных предшественников. Одним из особенно важных примеров роли протеолиза в репликации вируса является ВИЧ. При репликации ВИЧ кодируемая вирусом протеаза расщепляет полипептиды-предшественники с образованием структурных белков вируса. Из-за своей центральной роли в репликации вируса протеаза ВИЧ (в дополнение к обратной транскриптазе) является важной мишенью для разработки лекарств, используемых для лечения СПИДа.Действительно, такие ингибиторы протеаз в настоящее время являются одними из наиболее эффективных средств борьбы с этим заболеванием.

Гликозилирование

Многие белки, особенно в эукариотических клетках, модифицируются путем добавления углеводов, процесса, называемого гликозилированием. Белки, к которым были добавлены углеводные цепи (называемые гликопротеинами), обычно секретируются или локализуются на поверхности клетки, хотя некоторые ядерные и цитозольные белки также гликозилированы. Углеводные части гликопротеинов играют важную роль в сворачивании белков в эндоплазматическом ретикулуме, в нацеливании белков для доставки в соответствующие внутриклеточные компартменты и в качестве сайтов узнавания при межклеточных взаимодействиях.

подразделяются на N -связанные или O -связанные, в зависимости от места присоединения углеводной боковой цепи (). В N -связанных гликопротеинах углевод присоединен к атому азота в боковой цепи аспарагина. В гликопротеинах, связанных с O , атом кислорода в боковой цепи серина или треонина является местом присоединения углеводов. Сахара, непосредственно связанные с этими положениями, обычно представляют собой либо N, -ацетилглюкозамин, либо N -ацетилгалактозамин, соответственно.

Рис. 7.25

Связывание боковых углеводных цепей с гликопротеинами. Углеводные цепи гликопротеинов, связанных с N , присоединены к аспарагину; те из O -связанных гликопротеинов присоединены либо к серину (показано), либо к треонину. Сахара, соединенные с аминокислотами (подробнее …)

Большинство гликопротеинов в эукариотических клетках предназначены либо для секреции, либо для включения в плазматическую мембрану. Эти белки обычно переносятся в эндоплазматический ретикулум (с расщеплением сигнальной последовательности), пока их трансляция еще продолжается.Гликозилирование также инициируется в эндоплазматическом ретикулуме до завершения трансляции. Первым шагом является перенос обычного олигосахарида, состоящего из 14 остатков сахара (2 N -ацетилглюкозамин, 3 глюкозы и 9 маннозы), на остаток аспарагина растущей полипептидной цепи (). Олигосахарид собирается внутри эндоплазматического ретикулума на липидном носителе (фосфат долихола). Затем он переносится в виде интактной единицы на акцепторный остаток аспарагина (Asn) в последовательности Asn-X-Ser или Asn-X-Thr (где X представляет собой любую аминокислоту, отличную от пролина).

Рис. 7.26

Синтез N -связанных гликопротеинов. Первым этапом гликозилирования является добавление олигосахарида, состоящего из 14 остатков сахара, к растущей полипептидной цепи в эндоплазматическом ретикулуме (ER). Олигосахарид (который состоит из двух N -ацетилглюкозамина, (подробнее …)

При дальнейшей обработке модифицируется обычный N -связанный олигосахарид. Удаляются три остатка глюкозы и один манноза, в то время как гликопротеин находится в эндоплазматическая сеть.Затем олигосахарид подвергается дальнейшей модификации в аппарате Гольджи, в который гликопротеины переносятся из эндоплазматического ретикулума. Эти модификации (которые будут обсуждаться в главе 9) включают как удаление, так и добавление углеводных остатков по мере того, как гликопротеин транспортируется через компартменты Гольджи (). N -связанные олигосахариды разных гликопротеинов процессируются в разной степени, в зависимости как от ферментов, присутствующих в разных клетках, так и от доступности олигосахарида для ферментов, которые катализируют его модификацию. Гликопротеины с недоступными олигосахаридами не содержат новых сахаров, добавленных к ним в Гольджи. Относительно простые олигосахариды этих гликопротеинов называются олигосахаридами с высоким содержанием маннозы, потому что они содержат высокую долю остатков маннозы, аналогичных обычным олигосахаридам, первоначально добавленным в эндоплазматический ретикулум. Напротив, гликопротеины с доступными олигосахаридами подвергаются более интенсивному процессингу, что приводит к образованию множества сложных олигосахаридов.

Рис. 7.27

Примеры N -связанных олигосахаридов. Различные олигосахариды образуются в результате дальнейших модификаций общей 14-сахарной единицы, первоначально добавленной в эндоплазматический ретикулум (см. Рис. 7.26). В олигосахариды с высоким содержанием маннозы остатки глюкозы и некоторые (подробнее …)

O -связанные олигосахариды также добавляются в аппарате Гольджи. В отличие от олигосахаридов, связанных с N , олигосахариды с O, образуются путем добавления одного сахара за раз и обычно состоят только из нескольких остатков (). Многие цитоплазматические и ядерные белки, включая различные факторы транскрипции, также модифицируются добавлением одиночных O -связанных N -ацетилглюкозаминовых остатков, катализируемых другой ферментной системой. Однако роль углеводов в функции этих цитоплазматических и ядерных гликопротеинов еще не изучена.

Рис. 7.28

Примеры олигосахаридов, связанных с O . O -связанные олигосахариды обычно состоят только из нескольких углеводных остатков, которые добавляют по одному сахару за раз.

Присоединение липидов

Некоторые белки в эукариотических клетках модифицируются путем присоединения липидов к полипептидной цепи. Такие модификации часто нацелены и закрепляют эти белки на плазматической мембране, с которой гидрофобный липид может взаимодействовать (см.). Три основных типа присоединения липидов — N-миристоилирование, пренилирование и пальмитоилирование — распространены в эукариотических белках, связанных с цитозольной стороной плазматической мембраны. Четвертый тип модификации, добавление гликолипидов, играет важную роль в закреплении некоторых белков клеточной поверхности на внеклеточной поверхности плазматической мембраны.

В некоторых белках жирная кислота присоединяется к аминоконцу растущей полипептидной цепи во время трансляции. В этом процессе, называемом N-миристоилированием, миристиновая кислота (14-углеродная жирная кислота) присоединяется к N-концевому остатку глицина (). Глицин обычно является второй аминокислотой, включенной в полипептидную цепь; инициатор метионин удаляется протеолизом перед добавлением жирной кислоты. Многие белки, которые модифицируются N-миристоилированием, связаны с внутренней стороной плазматической мембраны, и роль жирной кислоты в этой ассоциации была четко продемонстрирована анализом мутантных белков, в которых N-концевой глицин заменен на аланин.Эта замена предотвращает миристоилирование и блокирует функцию мутантных белков, ингибируя их мембранную ассоциацию.

Рис. 7.29

Добавление жирной кислоты путем N-миристоилирования. Инициирующий метионин удаляется, оставляя глицин на N-конце полипептидной цепи. Затем добавляется миристиновая кислота (14-углеродная жирная кислота).

Липиды также могут быть присоединены к боковым цепям остатков цистеина, серина и треонина. Одним из важных примеров этого типа модификации является пренилирование, при котором определенные типы липидов (пренильные группы) присоединяются к атомам серы в боковых цепях остатков цистеина, расположенных рядом с С-концом полипептидной цепи ().Таким образом модифицируются многие ассоциированные с плазматической мембраной белки, участвующие в контроле роста и дифференцировки клеток, включая онкогенные белки Ras, которые ответственны за неконтролируемый рост многих видов рака у человека (см. Главу 15). Пренилирование этих белков проходит в три этапа. Сначала пренильная группа добавляется к цистеину, расположенному на три аминокислоты от карбоксиконца полипептидной цепи. Пренильные группы, добавленные в этой реакции, представляют собой либо фарнезил (15 атомов углерода, как показано на), либо геранилгеранил (20 атомов углерода). Затем удаляют аминокислоты, следующие за остатком цистеина, оставляя цистеин на карбокси-конце. Наконец, к карбоксильной группе C-концевого остатка цистеина добавляется метильная группа.

Рисунок 7.30

Пренилирование С-концевого остатка цистеина. Показанный тип пренилирования влияет на белки Ras и белки ядерной оболочки (ядерные ламины). Эти белки оканчиваются остатком цистеина (Cys), за которым следуют две алифатические аминокислоты (A) и (подробнее …)

Биологическое значение пренилирования подтверждается тем фактом, что мутации критического цистеина блокируют мембранную ассоциацию и функцию. белков Ras.Поскольку фарнезилирование является относительно редкой модификацией клеточных белков, интерес к этой реакции был вызван возможностью того, что ингибиторы ключевого фермента (фарнезилтрансферазы) могут оказаться полезными в качестве лекарств для лечения рака, в котором участвуют белки Ras. Было обнаружено, что такие ингибиторы фарнезилирования препятствуют росту раковых клеток в экспериментальных моделях, и в настоящее время проводится оценка их эффективности против опухолей человека в клинических испытаниях.

В третьем типе модификации жирных кислот, пальмитоилировании, пальмитиновая кислота (16-углеродная жирная кислота) добавляется к атомам серы боковых цепей внутренних остатков цистеина ().Подобно N-миристоилированию и пренилированию, пальмитоилирование играет важную роль в ассоциации некоторых белков с цитозольной стороной плазматической мембраны.

Рисунок 7.31

Пальмитоилирование. Пальмитат (16-углеродная жирная кислота) добавляется к боковой цепи внутреннего цистеинового остатка.

Наконец, липиды, связанные с олигосахаридами (гликолипидами), добавляются к С-концевым карбоксильным группам некоторых белков, где они служат якорями, прикрепляющими белки к внешней стороне плазматической мембраны.Поскольку гликолипиды, присоединенные к этим белкам, содержат фосфатидилинозитол, их обычно называют гликозилфосфатидилинозитолом или GPI , якорями (). Олигосахаридные части якорей GPI присоединены к концевой карбоксильной группе полипептидных цепей. Головная группа инозита фосфатидилинозита, в свою очередь, присоединена к олигосахариду, поэтому углевод служит мостиком между белком и цепями жирных кислот фосфолипида.Якоря GPI синтезируются и добавляются к белкам в виде предварительно собранной единицы внутри эндоплазматического ретикулума. Их добавление сопровождается отщеплением пептида, состоящего примерно из 20 аминокислот, от С-конца полипептидной цепи. Затем модифицированный белок транспортируется на поверхность клетки, где цепи жирных кислот GPI-якоря опосредуют его прикрепление к плазматической мембране.

Рисунок 7.32

Конструкция анкера GPI. Якорь GPI, прикрепленный к С-концу, закрепляет белок в плазматической мембране.Якорь соединен с С-концевой аминокислотой этаноламином, который связан с олигосахаридом, состоящим из маннозы, N (подробнее …)

Почему сворачивание белков важно в биологии?

Большая часть нашего понимания белков в целом связана с их функцией в рационе человека. Безусловно, одна из основных функций белка в организме человека — обеспечивать структурные строительные блоки, столь необходимые для построения и поддержания мышц.Однако по мере того, как мы начинаем лучше понимать многие белки и их функции, становится ясно, что белки — это гораздо больше, чем мышцы и питание.

Каталог белков намного больше, чем вы думаете

Чтобы понять огромное разнообразие функций белков, полезно обсудить, сколько белков на самом деле. В зависимости от типа клетки в каждой клетке человека содержится от 20 000 до 100 000 различных белков. Каждый из них был идентифицирован как уникальный белок, и каждый из них выполняет свою функцию в организме человека.

Некоторые белки связываются вместе, придавая клетке жесткость и формируя нейроны, мышцы, органы и многое другое. Другие белки действуют как катализаторы химических реакций или служат транспортом для других молекул. Какими бы ни были их функции, все белки обладают сворачиванием, что позволяет каждому белку выполнять свою работу в клетке.

Что такое сворачивание белков?

Сворачивание белка и его противоположность, разворачивание белка, — это именно то, на что они похожи — сама структура белка складывается сама по себе, образуя уникальную форму.Если вы посмотрите на белки на более молекулярном уровне, вы начнете понимать, что сворачивание белков — это гораздо больше, чем случайное перекрытие. Вместо этого способ сворачивания каждого белка имеет решающее значение для его структуры и функции.

Белки состоят из цепочек аминокислот, связанных вместе в определенной последовательности, уникальной для каждого белка. Внутри каждого белка эти аминокислоты взаимодействуют друг с другом, образуя вторичные структуры, известные как α-спирали и β-листы, которые составляют основу и боковые цепи.Затем в результате трехмерного сворачивания α-спиралей и β-листов формируются третичные структуры, которые вызывают различные взаимодействия с глобулярным белком. Эти взаимодействия заставляют белок приобретать свою окончательную, четвертичную структуру.

Почему важно сворачивание белков?

Конечный результат трехмерной структуры белка имеет большое биологическое значение. Окончательная структура белка открывает ряд каналов, рецепторов и сайтов связывания и влияет на то, как он взаимодействует с другими белками и молекулами.Понимание того, как белки сворачиваются, позволяет лучше анализировать бесчисленные молекулярные процессы и структуры.

Когда белки складываются правильно, его функция выполняется без сбоев. Однако ошибки сворачивания могут быть результатом мутации одной из первичных аминокислот в структуре или другой случайной ошибки. К сожалению, когда складывание идет не так, как надо, вызванные изменения могут возникнуть в результате множества заболеваний и синдромов.

Уменьшение количества правильно свернутого белка в организме приводит к нехватке количества рабочих, доступных для выполнения его функции.В зависимости от функции, нехватка белка может вызывать различные заболевания, от рака до муковисцидоза. На другие неправильно свернутые белки может негативно повлиять их странная форма, и в конечном итоге они собираются в комки, называемые агрегатами. Исследователи полагают, что эти случайные совокупности могут способствовать возникновению таких состояний, как болезнь Альцгеймера.

Взгляд вперед

По мере продолжения исследований лучшее понимание ошибок сворачивания и разворачивания белков может помочь в разработке методов лечения этих и других заболеваний.Во время этого исследования важно поддерживать надлежащие условия для наблюдаемых белков; таким образом, факторы, влияющие на фолдинг белка, важны вдвойне. Технологии, которые оценивают и обеспечивают стабильность белков, функциональные изменения белков, профилактику и лечение заболеваний, связанных с белками, сегодня находятся на переднем крае исследований белков.

Источники:

https://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/protein-folding

https://chem.libretexts. org/Bookshelves/Biological_Chemistry/Supplemental_Modules_(Biological_Chemistry)/Proteins/Protein_Structure/Protein_Folding

http: // sitn.hms.harvard.edu/flash/2010/issue65/ https://nanotempertech.com/blog/is-the-protein-folding-mystery-close-to-being-solved/

Сворачивание белка — Chemistry LibreTexts

Введение и структура белка

Белки имеют несколько структурных слоев, каждый из которых важен в процессе сворачивания белка. Первый базовый уровень этой структуры — это последовательность самих аминокислот. ¹ Секвенирование важно, потому что оно определит типы взаимодействий, наблюдаемых в белке при его укладке.Новый метод, основанный на последовательностях, основанный на предположении, что белок-белковые взаимодействия больше связаны с аминокислотами на поверхности, чем с ядром. ² Это исследование показывает, что важны не только аминокислоты, входящие в состав белка, но и порядок, в котором они секвенированы. Взаимодействие аминокислот будет определять, какой будет вторичная и третичная структура белка.

Следующим слоем в структуре белка является вторичная структура. Вторичная структура включает архитектурные сооружения, простирающиеся в одном измерении. ¹ Вторичная структура включает α-спирали и β-листы (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Α-спирали, наиболее распространенная вторичная структура в белках, пептидные –CO – NH – группы в основной цепи образуют цепи, удерживаемые вместе водородными связями NH ̄OC ». ³ α-Спирали образуют основу белков и помогают в процессе сворачивания. Β-листы формируются двумя различными способами. Они могут образовывать как параллельные β-складчатые листы, так и антипараллельные β-складчатые листы. ¹ Когда формируется α-спираль или β-лист, исключенные объемы, генерируемые основной цепью и боковыми цепями, перекрываются, что приводит к увеличению общего объема, доступного для поступательного смещения молекул воды. ⁴ Это важно, потому что это приводит к более термодинамически стабильной конформации и приводит к меньшей нагрузке на белок в целом, и, таким образом, этому способствует конформация.

Третичная структура — это следующий слой в структуре белка. Это берет α-спирали и β-листы и позволяет им складываться в трехмерную структуру. ¹ Большинство белков после свертывания принимают глобулярную структуру. Описание глобулярных белковых структур как ансамбля смежных замкнутых петель или сжатых концевых фрагментов выявляет складчатые элементы, важные для образования стабильных структур и для управления самим процессом сворачивания белка. ⁵ Глобулярные белки обычно имеют гидрофобное ядро, окруженное гидрофильным внешним слоем. Эти взаимодействия важны, потому что они приводят к глобальной структуре и помогают создавать каналы и сайты связывания для ферментов.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (слева) типичный пример α-спирали из Wikimedia Commons. (справа) Типичный пример β-листа (Public Domain; Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD в Европейском институте биоинформатики через Википедию)

Последний слой структуры белка — это четвертичная структура. Сворачивание и функциональные переходы между полезными состояниями кодируются в линейной последовательности аминокислот, и долгосрочная цель структурной биологии состоит в том, чтобы иметь возможность предсказать как структуру, так и функцию молекул на основе информации в последовательности. ⁶ Субъединичная организация — это последний уровень структуры белковых молекул. ¹ Организация субъединиц важна, потому что она определяет типы взаимодействий, которые могут формироваться, и диктует их использование в организме.

Протеин Фолдинг

Белки складываются и удерживаются вместе с помощью нескольких форм молекулярных взаимодействий. Молекулярные взаимодействия включают термодинамическую стабильность комплекса, гидрофобные взаимодействия и дисульфидные связи, образованные в белках. На рисунке ниже (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)) показан пример сворачивания белка.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Сворачивание белков. (Public Domain; DrKjaergaard через Википедию)

Самым большим фактором способности белков сворачиваться является термодинамика структуры. Схема взаимодействия включает краткосрочную склонность к образованию протяженных конформаций, зависимые от остатков дальнодействующие контактные потенциалы и зависимые от ориентации водородные связи. ⁷ Термодинамика является основной стабилизирующей силой внутри белка, потому что, если он не находится в конформации с наименьшей энергией, он будет продолжать двигаться и приспосабливаться, пока не найдет свое наиболее стабильное состояние. Использование энергетических диаграмм и карт является ключом к выяснению того, когда белок находится в наиболее стабильной форме.

Следующий тип взаимодействия в сворачивании белка — это гидрофобные взаимодействия внутри белка. Каркасная модель и модель гидрофобного коллапса представляют собой два канонических описания процесса сворачивания белка. Первый полагает, что в первую очередь полагаются на короткодействующие взаимодействия вторичной структуры, а второй придает большее значение дальнодействующим взаимодействиям третичной структуры. ⁶ Эти гидрофобные взаимодействия влияют не только на первичную структуру, но также приводят к изменениям, наблюдаемым во вторичной и третичной структуре.Глобулярные белки приобретают отчетливые компактные нативные формы в воде в результате гидрофобного эффекта. ⁷ Когда белок сложен правильным образом, он обычно существует с гидрофобным ядром в результате гидратации водой в системе вокруг него, что важно, потому что он создает заряженное ядро ​​для белка и может привести к создание каналов внутри белка. Установлено, что гидрофобные взаимодействия влияют на функции временной корреляции вблизи нативного состояния, даже если они не влияют на те же временные характеристики флуктуаций структуры вокруг нативного состояния. ⁷ Показано, что гидрофобные взаимодействия влияют на белок даже после того, как он обнаружил наиболее стабильную конформацию в том, как белки могут взаимодействовать друг с другом, а также складываться.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Дисульфидные связи. (Public Domain; vasconcellos через Википедию)

Другой тип взаимодействия, наблюдаемый при сворачивании белка, — это дисульфидные связи, которые образуются в белке (рисунок \ (\ PageIndex {3} \)). Дисульфидная связь, химическая связь серы и серы, возникающая в результате окислительного процесса, который связывает несмежные (в большинстве случаев) цистеины белка. ⁹ Это основной путь, по которому белки принимают свернутую форму. Типы дисульфидных связей представляют собой цистеин-цистеиновые связи, являющиеся стабильной частью их окончательной складчатой ​​структуры, и те, в которых пары цистеинов чередуются между восстановленным и окисленным состояниями. ⁹ Более распространенными являются связи, которые заставляют белок складываться вместе и соединяться между собой, по сравнению с цистеинами, которые меняют состояние окисления, потому что связи между однажды созданными цистеинами довольно стабильны.

Неисправности

Белки могут не функционировать по нескольким причинам. Если белок неправильно свернут, это может привести к денатурации белка. Денатурация — это потеря структуры и функции белка. ¹ Отсутствие складывания не всегда приводит к полной потере функциональности, а лишь к частичной потере функциональности. Недостаточное функционирование белков иногда может привести к заболеваниям в организме человека.

Болезнь Альцгеймера

Болезнь Альцгеймера (БА) — это неврологическое дегенеративное заболевание, которым страдают около 5 миллионов американцев, в том числе почти половина из них в возрасте 85 лет и старше. ¹⁰ Преобладающими факторами риска БА являются возраст, семейный анамнез и наследственность. Болезнь Альцгеймера обычно приводит к потере памяти, путанице времени и места, неправильной смене мест, а также к изменениям настроения и поведения. ¹¹ AD приводит к образованию плотных бляшек в головном мозге, которые состоят из фибриллярных β-амилоидных белков с хорошо упорядоченной вторичной структурой β-складок. ¹² Эти бляшки визуально выглядят как пустоты в мозговом веществе (см. Рис. 5) и напрямую связаны с ухудшением мыслительных процессов.Было определено, что AD представляет собой заболевание неправильного свертывания белка, при котором неправильно свернутый белок напрямую связан с образованием этих бляшек в головном мозге. ¹³

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Сравнение здорового мозга (слева) и мозга с болезнью Альцгеймера (справа). (Общественное достояние; NIH через Википедию)

Еще предстоит полностью понять, что именно вызывает начало неправильного сворачивания белка, но несколько теорий указывают на окислительный стресс в головном мозге как на инициирующий фактор.Это окисление приводит к повреждению фосфолипидов в головном мозге, что, как было обнаружено, приводит к более быстрому накоплению амилоидных β-белков. ¹⁴

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Образование бета-амилоидных бляшек. (Общественное достояние; NIH через Википедию)

Муковисцидоз

Муковисцидоз (МВ) — хроническое заболевание, которым страдают 30 000 американцев. Типичный эффект CF — это образование густой липкой слизи, которая закупоривает легкие и приводит к опасной для жизни инфекции легких, а также блокирует поджелудочную железу, препятствуя правильной переработке пищи. ¹⁵ CF вызывается неправильной упаковкой белка. Это неправильное сворачивание затем приводит к некоторому изменению белка, известному как регулятор трансмембранной проводимости при муковисцидозе (CFTR), что может привести к этому потенциально смертельному заболеванию. ¹⁶ Примерно в 70% случаев CF удаляется делеция фенилаланина в положении 508 в CFTR. Эта делеция Phe508, по-видимому, напрямую связана с образованием CF. ¹⁷ Неправильная укладка белка, приводящая к МВ, происходит до рождения, но не совсем понятно, почему.

Ресурсы

1. Гаррет, Р. Х. и Гришем, К. М. Биохимия четвертое издание ; Брукс / Коул. Австралия, 2010. с. 93-95, 135, 143, 160.
2. Чанг, Д.Т., Сю Ю., Лин, П., Прогнозирование белок-белковых взаимодействий с использованием первичных структур с предсказанной поверхностью белка. BCM Bioinformatics. Янв 2010
3. Bodis, P., Schwartz, E., Koepf, M. Cornelissen, J. Rowan A.E., Roeland J. Nolte, M. и Woutersen S. Колебательный самозахват в структурах с бета-слоями, наблюдаемый с помощью фемтосекундной нелинейной инфракрасной спектроскопии.Журнал химической физики 131 , 2009
4. Ясуда, С., Йошидоме, Т. Осима, Х. Кодама, Р., Харано, Ю. и Киношита, М. Влияние упаковки боковых цепей на образование вторичных структур при сворачивании белка. Журнал химической физики 132, 2010
5. Папандреул Н., Березовский И. Н., Лопес А., Элиопулос Э. и Хомильер Дж. Универсальные позиции в глобулярных белках от наблюдения к моделированию. Евро. J. Biochem. 271, 4762–4768 (2004)
6. Хаусрата, А.C. Кинетическая теория образования третичных контактов, связанных с переходом спираль-клубок в полипептидах. Журнал химической физики. 2006
7. Cieplaka M. и Niewieczerza S. Гидродинамические взаимодействия в сворачивании белков. Журнал химической физики. 130 2009
8. Gront, D. Kolinskia, A. и Skolnick, J. Новая комбинация обмена реплик Монте-Карло и анализа гистограмм для сворачивания белков и термодинамики. Журнал химической физики. Vol. 115 2001
9. Кадокура, Х., Katzen F. и Beckwith, J. Образование дисульфидной связи белка в prokatyotes. Годовой обзор Biochem 2003.
10. Болезнь Альцгеймера. Центры по контролю и профилактике заболеваний. 2010 г., http://www.cdc.gov/aging/aginginfo/alzheimers.htm.
11. Ассоциация Альцгеймера. 2011 г., www.alz.org.
12. Glenner, G.G .; Вонг, К. В. Болезнь Альцгеймера: первоначальный отчет об очистке и характеристике нового цереброваскулярного амилоидного белка. Biochem. Биофиз. Res.Commun. 1984 , 120, 885-890.
13. Hashimoto, M .; Rockenstein, E .; Экипажи, л .; Машлиа, Э. Роль агрегации белков в митохондриальной дисфункции и нейродегенерации при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. Neuromolecular Med. 2003 , 4, 21-36
14. Фонд муковисцидоза. 2011 г., http://www.cff.org/AboutCF.
15. Cheung, J. C. и Deber, C. M. Неправильная укладка регулятора трансмембранной проводимости при муковисцидозе и заболевания. Биохимия 2008 , 47, 1465-1473.
16. Коппака, В .; Аксельсен П. Ускоренное накопление амилоидных β-белков на липидных мембранах, поврежденных окислением. Биохимия 2000 , 39, 10011-10016.
17. Riordan, J.M. et al. Идентификация гена кистозного фиброза: клонирование и характеристика комплементарной ДНК. Наука 1989 , 245, 1066-1073.

Нарушение сворачивания белка вызывает заболевания нервной системы у людей и препятствует нормальному функционированию хлоропластов в растениях — ScienceDaily

Различные заболевания нервной системы человека, такие как боковой амиотрофический склероз (БАС), болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона, связаны между собой. с тем же самым основным заболеванием: потеря способности нервных клеток правильно складывать свои белки, что вызывает скопления белков, которые образуют «сгустки», которые в конечном итоге приводят к гибели клеток.

Растения, как и животные, используют белки для выполнения клеточных функций, которые поддерживают их жизнь. Белковый состав определяется информацией, содержащейся в клеточной ДНК, но для выполнения своей биологической функции белки также должны быть сложены в трехмерной конфигурации. Если белок не сворачивается правильно, он не сможет выполнять свою функцию. Стрессовые ситуации, такие как внезапное повышение температуры, вызывают ошибки в процессе сворачивания, таким образом производя неправильно свернутые белки, которые необходимо либо удалить, либо восстановить, иначе они могут сгруппироваться и образовать токсичные агрегаты.

Хлоропласты — это клеточные компартменты, в которых происходит фотосинтез в клетках растений. Кроме того, они несут ответственность за производство многих питательных веществ, которые позволяют расти растениям и животным, которые их глотают. Большая часть этой работы выполняется белками, некоторые из которых очень склонны к неправильной укладке и агрегированию, таким образом теряя свою функцию.

Группа ученых под руководством Мануэля Родригеса-Консепсьона, исследователя CSIC из Центра исследований сельскохозяйственной геномики (CRAG), показала, что в нормальных условиях хлоропласты избавляются от этих дефектных белков, разрушая их с помощью молекулярного механизма, называемого протеазой Clp. .Однако, когда накопление агрегированных белков превышает способность протеазы Clp удалять их, хлоропласты генерируют сигнал бедствия, который перемещается в ядро ​​клетки, чтобы активировать производство репаративных белков, называемых шаперонами. Шапероны, в свою очередь, транспортируются к хлоропластам, чтобы разрушить белковые «комочки» и развернуть дезагрегированные белки, благодаря чему их можно правильно сложить и восстановить свою функцию за несколько часов. Эти молекулярные механизмы похожи на те, которые работают в наших нервных клетках, когда неправильно свернутые белки образуются в митохондриях.

Исследование, проведенное с модельным растением Arabidopsis thaliana и опубликованное в журнале PLOS Genetics , обнаружило ключевой ген (HsfA2), который активирует синтез шаперона и, таким образом, спасает клетку от токсических эффектов, вызываемых неправильно свернутым белком. скопления. «Путь передачи сигналов от хлоропластов к ядру включает молекулярный переключатель, называемый HsfA2. Этот ключевой ген также активируется, когда тепловой удар вызывает проблемы сворачивания белка в других клеточных компартментах», — объясняет Эрнесто Ллама, первый автор работы.

По словам Пабло Пулидо, третьего компонента команды, проводившей это исследование, «знание того, как растения реагируют на проблему потери некоторых из их белков своей первоначальной структуры и функции, становясь потенциально опасными, необходимо для лучшей адаптации сельскохозяйственных культур к неблагоприятным воздействиям. условия окружающей среды.» Эта проблема особенно актуальна в нынешних условиях изменения климата.

Исследование, проведенное в CRAG, также может помочь лучше понять, как заболевания нервной системы, связанные с неправильным сворачиванием белка, начинаются, распространяются и обостряются.«Фундаментальные исследования, то есть исследования, касающиеся процессов, управляющих основным функционированием живых существ, составляют основу прикладных исследований», — говорит Родригес-Консепсьон. В этом смысле результаты их исследований с растениями могут быть перенесены на новые универсальные методы исправления неправильного свертывания белков и, таким образом, повлияют на поиск решений дегенеративных заболеваний, которые по сей день остаются неизлечимыми.

.

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт