Презентация на тему "Київський Національний Університет імені Тараса ШевченкаННЦ “Інститут біології”Деградація білків у прокаріот та еукаріот"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Київський Національний Університет імені Тараса ШевченкаННЦ “Інститут біології”Деградація білків у прокаріот та еукаріот

  Виконала студентка 4го курсу Групи БТХ Мазанова Анна

• 
  Слайд 2

  Деградація білків у прокаріот

  Внутрішньоклітинний протеоліз - це суворо контрольований процес, який, як з'ясувалося останнім часом, у про-і еукаріот здійснюється високомолекулярними мультимерними енергозалежнимипротеїназами. Ці протеїнази виконують дві основні функції: Звільняють клітини від дефектних, пошкоджених і мутантних білків -деструктивна функція. Здійснюють деградацію ряду короткоживучих регуляторних білків-регуляторна функція.

• 
  Слайд 3

  Особливості протеолітичних ензимівпрокаріот

  Протеолітична активністьцих ферментів пов'язана з гідролізом АТР; Проявляють високу селективність( оскільки проводять відбір субстратів-мішеней із загального пулу внутрішньоклітинних білків, більша частина яких не повинна ушкоджуватися ); N.B. : При цьому специфічність по відношенню до амінокислот, по яким здійснюється розщеплення зв'язку, у енергозалежних протеїназ часто не виражена!!! Деградація білків-субстратів відбувається за процесивним механізмом - без вивільнення високомолекулярних проміжних продуктів;  Всі відомі енергозалежніпротеїнази є олігомерами; Основні проблеми при вивченні АТР-залежних протеїназ визначаються особливостями цих ферментів і полягають у встановленні принципів відбору білкового субстрату і механізму сполучення гідролізу АТР та протеолізу.

• 
  Слайд 4

  Протеоліз у прокаріот на прикладі E.coli

  У клітинах даного мікроорганізму відкрито 5 типів протеїназ: Lon (La); FtsH (HflB); ClpAP (Ti); ClpXP; HslVU (ClpQY);

• 
  Слайд 5

  Протеїнази Lon (La) таFtsH (HflB)

  Lon і FtsH відносяться до сімейства ААА-білків (АТРаз, асоційованих з іншими клітинними активностями).  Протеолітичний і АТPазний  центри цих ферментів локалізовані в одному поліпептидному  ланцюзі, і вони функціонують як гомоолігомери.  Схематично структури цих протеїназ зіставлені на  рисунку.

• 
  Слайд 6

  Lon

  Субодиниця Lon-протеїнази складається з трьох функціональних доменів; Протеолітичним є С-кінцевий домен (Р-домен, His567-Lys784), що містить каталітично активний залишок Ser679 в складі строго консервативного для Lon-протеїназ з різних джерел октапептид PKDGPSAG; В активному центрі ферменту функціонує каталітична діада Ser – Lys; Протеолітична функція Lon-протеїнази реалізується виключно повнорозмірним ферментом і тільки в умовах функціонування АТРазного центру; Здатна гідролізувати пептидні субстрати за відсутності АТР; Функція N-кінцевого домену (Met1-Gly107) ще не визначена, хоча саме N-кінцеві домени є найбільш варіабельними за розміром (від 96 до 287 а.к.з. ) і за первинною структурою; Відмінною особливістю Lon-протеїнази є її здатність до зв'язування ДНК, проте до цих пір ДНК-зв'язуючу ділянку не з‘ясовано;  

• 
  Слайд 7

  FtsH

  Єдина мембрано-зв'язана АТР-залежна протеїназа; Відноситься до сімейства Zn-залежних металопротеїназ; В N-кінцевій частині ферменту локалізовані дві багатих гідрофобними амінокислотами ділянках, що утворюють α-спіральні трансмембранні сегменти ТМ1 і ТМ2, за допомогою яких вона двічі перетинає цитоплазматичну мембрану; В С-кінцевому фрагментівиявленахарактерна для металлопротеїназ Zn-зв'язуюча послідовність з двома залишками гістидину (H414EAGH418); Передбачається, що фермент функціонує як димер або тетрамер і розщеплює, в основному, регуляторні білки; Отримано дані на користь участі молекулярних шаперонів (зокрема, DnaK, DnaJ, GrpE) в презентації білків-мішеней для деградації ферментом; Є єдиною АТР-залежної протеїназою, наявність якої необхідна для життєздатності клітин E. сoli;

• 
  Слайд 8

  Clp (казеінолітичні або шапероноподобні протеїнази)

  Представлені трьома ферментами. Всі вони -гетероолігомери, що складаються з протеолітичних (ClpP і HslV) і АТРазних (ClpAабо ClpX і HslU) субодиниць; ClpP-субодиниця - загальна для ClpAP-і ClpXP-протеїназ; В амінокислотній послідовності ClpP (193 а.к.з.) виявлені каталітично активні залишки Ser97, His122 іAsp171; АТРазниі субодиниці ClpA і ClpX відносять до двох різних класів Clp-білків; Протеолітичні комплекси ClpAP і ClpXP представляють собою АТР-залежні серинові протеїнази з класичною каталітичної тріадою;

• 
  Слайд 9

  HslUV 

  Каталітично активним залишкомє N-кінцевий залишок треоніну; АТРазний компонент відноситься до Clp-білків другого класу, володіє високою гомології з ClpX-субодиницею; Протеолітична субодиниця складається з 176 а.к.з., несе каталітично- активний залишок Thr1 і виявляє пептидгідролазну активність;

• 
  Слайд 10

  АТР-залежна деградація білка-субстрату протеїназами Clp-сімейства

• 
  Слайд 11
  

  На перших етапах (стадії 1 і 2) відбувається збірка активного мультисубодиничного комплексу ферменту. Утворюється структура з двох гептамерних кілець, накладених один на одного; У HslV кільця складаються з 6 субодиниць; АТРазні субодиниці представляють суміш нестабільних мономерів і димерів, які в присутності АТР утворюють стабільні структури з гексамерних кілець; Слідом за цим у присутності АТР остаточно формується повний фермент, що складається з кілець протеолітичних субодиниць, фланкованих кільцями АТРазних субодиниць (стадія 2); Розпізнавання і зв'язування білка-субстрату здійснюється регуляторним АТРазним компонентом, або його вільною формою, або в складі повнорозмірного ферменту (стадія 3); Розгортання молекули субстрату і транслокація її в область протеолітичних центрів (стадія 4) (Треба зазначити, що на цьому етапі АТРазні субодиниці можуть проявляти шапероноподібну активність і брати участь в рефолдінгу білків (стадії 3а-с) ; Процесивне розщеплення субстрату всередині мультисубодиничного ферментного комплексу та вивільнення продуктів (стадія 5);

• 
  Слайд 12

  Деградація білків у еукаріот

  !!Внутрішньоклітинну деградацію білків довгий час вважали неспецифічним випадковим процесом!! Серед субстратів специфічного протеолізу: регулятори клітинного циклу, компоненти різних сигнальних шляхів, а також мутантні білки і білки, пошкоджені посттрансляційно;  Система внутрішньоклітинного протеолізу також бере участь у презентації антигену в комплексі з MHC (комплексом гістосумісності) I класу; Довгий час вважали, що вищезазначеному протеолізу піддаються лише  білки, локалізовані в цитоплазмі, допускали можливість протеолізу ядерних білків;  Зараз ясно: система працює також у відношенні білків, пов'язаних з мембраною; Система внутрішньоклітинного протеолізу залучена в такі процеси, як проліферація клітин, розвиток і диференціювання, реакція на стрес і патогени, репарація ДНК. Порушення цієї складної системи є причиною багатьох захворювань;

• 
  Слайд 13

  Стадії убіквітин-залежного протеолізу

  Деградація білка по убіквітіновому  шляху включає дві основні стадії: Ковалентне приєднання до білку, що підлягає деградації, поліубіквітинового ланцюга; Деградація білка 26S  протеосомою;

• 
  Слайд 14

  Убіквітин

  Містить 76 амінокислотних залишків; Тим не менш, деякі білки можуть розкладатися під дією протеосоми без убіквітинування;

• 
  Слайд 15

  Приєднання убіквітину до білка

  Фермент Е1 активує убіквітин: АТФ залежно формуються макроергічні зв'язок між С - кінцевим гліцином убіквітину і цистеїном білка Е1.(У зв'язку з тим, що процес активації універсальний - однаковий для будь-якого убіквітінового шляху, організму достатньо одного варіанту Е1) Активований убіквітин переноситься на залишок цистеїну білка Е2  Формується новий макроергічних зв'язок.Клітина містить кілька варіантів Е2 білків. Один вид Е2 бере участь в обмеженій кількості убіквітінових шляхів, так як залучений в специфічну взаємодію з певними білками класу Е3 (одним або кількома) Білки класу Е3 є убіквітин - лігази, здатні специфічно зв'язуватися з білковими субстратами,що підлягають дегнрадації, безпосередньо або за допомогою допоміжного білка. Е3 каталізують перенесення убіквітину з Е2 на субстрат - утворення пептидного зв'язку між С - кінцем убіквітіновой одиниці і аміногрупою лізинового залишку субстрату (у разі якщо це - перша молекула убіквітину, яка приєднується до даного білку) або з лізином-48 попередньої молекули убіквітину.

• 
  Слайд 16
  
• 
  Слайд 17

  Протеосома

  26S протеосома складається з серцевинного каталітичного комплексу 20S, фланкованого з двох сторін регуляторними субодиницями 19S. Молекулярна маса 26S протеосоми - 2МДа; 20S комплекс побудований з чотирьох кілець. Кожне з кілець складається з семи субодиниць. Ці субодиниці кодуються 14 генами: сім кодують одні, сім - інші субодиниці; В кільцях локалізовані три каталітичні сайти: сайт, схожий на трипсин (розпізнає залишки тирозину і фенілаланіну), сайт, схожий на хімотрипсин (розпізнає залишки лізину і аргініну) і сайт, що відповідає за гідроліз поліпептидного ланцюга за залишком глутамату; 

• 
  Слайд 18
  

  4. Кожен сайт побудований з двох, однакових - субодиниць, що входять до складу різних кілець; 5. 9S кепуюча субодиниця складається з 2-х частин: основи і кришки. Основа відповідає за зв'язування з 20S, має АТФазну активність. Кришка відповідає за впізнавання поліубіквітинийованих білків - субстратів.Незрозуміло, як саме протеосома взаємодіє з субстратом: як він туди потрапляє, як виводяться продукти протеолізу

• 
  Слайд 19

  Деградація білків, асоційованих з мембраною

  Процесування білків, асоційованих з мембраною, відрізняється від деградації цитоплазматичних білків. Не вдаючись у деталі цього процесу, обговоримо основні відмінності: Деградація здійснюється лізосомами; Для орієнтування білка в лізосоми звичайно досить моноубіквітинування.  В деяких випадках формується поліубіквітіновий ланцюг; У разі формування поліубіквітінового ланцюга зв'язування відбувається по 63лізину; Лізосоми містять велику різноманітність гідролітичних ферментів, які  руйнуютьбілки та інші речовиниза шляхом ендоцитозу;

• 
  Слайд 20
  

  Субстрати деградації приймаються в середину клітини спочатку у вигляді пухирців від плазматичної мембрани.Вони можуть бути оброблені відповідними ензимами вже у ендосом, а потім доставлятися в просвіт  лізосом шляхом злиття  транспортних везикул; Лізосоми мають низький внутрішній рН через наявність вакуолярної протонової АТФази ,але дана АТРаза відрізняється від  мітохондріальної F1Fo АТРази; Всі гідролази всередині лізосом володіють кислим рН оптимумом; Лізосомні протеази  включають в себе багато катепсинів ( цистеїнових протеаз), деякі аспартат-протеази і одну цинкову протеазу;

• 
  Слайд 21

  Відмінності та спільні риси протеолізу у про -, і еукаріот

  Пркаріоти Убіквітин - залежний протеоліз відсутній; Є АТФ - залежні протеази, принципово схожі з 26S протеосомою: складаються з двох кепуючих субодиниць, відповідальних за впізнавання субстрату, які володіють АТФазною активністю і каталітичної субодиниці – циліндра; Кепуюча субодиниця впізнає безпосередньо субстрат - певний мотив у структурі білка, що говорить про те, що він підлягає деградації; Впізнавання не є оборотним; Еукаріоти Убіквітин - залежний протеоліз існує тільки у еукаріотів; Кепуюча субодиниці впізнає у структурі субстрату не окрему ділянку, а убіквітинову мітку, цим самим число потенційних субстратів зростає; Убіквітинування є оборотним процесом;

• 
  Слайд 22

  Нобелівські лауреати

  Press Release: The Nobel Prize in Chemistry 2004 6 October 2004The Royal Swedish Academy of Scienceshas decided to award the Nobel Prize in Chemistry for 2004"for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation" jointly to Aaron Ciechanover Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel,Avram HershkoTechnion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel andIrwin RoseUniversity of California, Irvine, USA

• 
  Слайд 23

  Дякую за увагу!)