In der Molekularbiologie, molekularen Chaperone sind Proteine, die die nicht-kovalente Faltung oder Entfaltung und der Montage bzw. Demontage von anderen makromolekularen Strukturen zu unterstützen. Chaperone sind nicht vorhanden, wenn die Makromoleküle führen ihre normale biologische Funktionen und korrekt durchgeführt, die Prozesse der Faltung und / oder Montage. Die gemeinsame Wahrnehmung, dass Chaperone sind in erster Linie mit der Proteinfaltung betroffenen ist falsch. Das erste Protein genannt ein Chaperon unterstützt die Montage der Nukleosomen aus gefalteten Histone und DNA und eine solche Anordnung Chaperone, besonders in den Zellkern werden, beschäftigen sich mit der Anordnung von gefalteten Untereinheiten zu oligomeren Strukturen.

Eine wichtige Funktion der Chaperone ist es, beide neu synthetisierten Polypeptidketten und montiert Untereinheiten aus der Aggregation in nicht-funktionellen Strukturen zu verhindern. Es ist aus diesem Grund, dass viele Chaperone, aber bei weitem nicht alle, sind auch Hitzeschock-Proteine, da die Tendenz zur Aggregation zunimmt, wenn Proteine ​​werden durch Stress denaturiert. In diesem Fall müssen Chaperone nicht vermitteln zusätzliche sterische Informationen für Proteine ​​zu falten erforderlich. Allerdings sind einige hochspezifische 'sterische Chaperone "Sie vermitteln einzigartige strukturelle Information auf Proteine, die nicht spontan gefaltet werden kann. Solche Proteine ​​verletzen Anfinsen-Dogma.

Es wurden verschiedene Ansätze angewendet, um die Struktur, Dynamik und Funktion von Chaperonen studieren. Groß biochemischen Messungen haben uns auf die Faltung Effizienz Protein informiert, und die Verhinderung der Aggregation, wenn Chaperone während der Proteinfaltung vorhanden sind. Jüngste Fortschritte in der Einzelmolekülanalyse haben Einblicke in die strukturelle Heterogenität von Chaperonen, Faltungsintermediate und Affinität der Chaperone für unstrukturierten und strukturierten Proteinketten gebracht.

Ort und Funktionen

Viele Chaperone sind Hitzeschock-Proteine, also Proteine, die in Reaktion auf erhöhte Temperaturen oder andere zelluläre Spannungen ausgedrückt. Der Grund für dieses Verhalten ist, dass die Proteinfaltung durch Hitze stark betroffen ist und daher einige Chaperone wirken, um zu verhindern oder zu korrigieren Schäden, die durch Fehlfaltung verursacht. Andere Chaperone in Klapp neu hergestellten Proteinen, da sie aus dem Ribosom extrudiert beteiligt. Obwohl die meisten neu synthetisierte Proteine ​​in Abwesenheit von Chaperonen zu falten, eine Minderheit strikt verlangt, dass sie für die gleiche.

Einige Chaperon-Systeme arbeiten als foldases: sie unterstützen die Faltung von Proteinen in einem ATP-abhängige Weise. Andere Chaperone funktionieren holdases: Sie binden Faltungsintermediaten ihre Aggregation zu verhindern, beispielsweise DnaJ oder Hsp33.

Makromolekulare Gedränge in Chaperon-Funktion wichtig sein. Die überfüllten Umgebung des Zytosol können die Faltungsprozess zu beschleunigen, da eine kompakte gefaltete Protein wird weniger Volumen als einem entfalteten Proteinkette zu besetzen. Jedoch kann die Verdrängung Ausbeute an korrekt gefaltetem Protein durch Erhöhung der Proteinaggregation zu verringern. Crowding kann auch die Wirksamkeit der Chaperon-Proteine ​​wie GroEL, die diese Reduktion in Faltungseffizienz entgegenzuwirken erhöhen könnte.

Weitere Informationen zu den verschiedenen Arten und Mechanismen einer Teilmenge von Chaperonen, die ihre Falten Substrate kapseln finden Sie im Artikel zum Chaperonine gefunden werden. Chaperone sind durch eine gestapelte Doppelringstruktur in Mitochondrien aus und werden in Prokaryonten, in das Cytosol von Eukaryoten und.

Andere Arten von Chaperonen in Transport über Membranen beteiligt sind, zum Beispiel Membranen der Mitochondrien und endoplasmatischen Retikulum in Eukaryoten. Bakterielle Translokation spezifische Chaperon hält neu synthetisierten Vorläufer Polypeptidketten in einer Translokation kompetenten Zustand und führt sie zu dem Translokon.

Neue Funktionen für Chaperone weiter, entdeckt zu werden, wie beispielsweise Unterstützung bei der Proteinabbau, Adhäsine Aktivität und bei der Reaktion auf Krankheiten, die Proteinaggregation und Krebs Wartung verbunden.

Menschen Chaperon-Proteine

Chaperone sind beispielsweise festgestellt, das Endoplasmatische Retikulum, da die Proteinsynthese in diesem Bereich häufig auftritt.

Endoplasmatisches reticulum

Im endoplasmatischen Retikulum gibt es allgemeine, lectin- und nicht-klassische molekulare Chaperone helfen, Proteine ​​falten.

• Allgemeine Chaperone: GRP78 / BiP, GRP94, Grp170.
• Lektin Chaperone: Calnexin und Calreticulin
• Nichtklassische molekulare Chaperone: HSP47 und ERp29
• Folding Chaperone:
  • Protein-Disulfid-Isomerase,
  • Peptidyl-Prolyl-cis-trans-Isomerase,
  • ERp57

Nomenklatur und Beispiele von bakteriellen und archeal Chaperone

Es gibt viele verschiedene Familien von Chaperonen; jede Familie wirkt, um die Proteinfaltung in einer anderen Weise zu unterstützen. In Bakterien, wie E. coli, sind viele dieser Proteine ​​sind unter Bedingungen hoher Belastung ausgedrückt, zum Beispiel, wenn das Bakterium in hohen Temperaturen gegeben. Aus diesem Grund wurde der Begriff "Hitzeschockprotein" historisch verwendet worden, um diese Chaperone nennen. Die Vorsilbe "Hsp", daß das Protein ein Hitzeschockprotein.

Hsp60

Hsp60 ist die am besten charakterisierten großen Chaperon-Komplex. GroEL ist ein Doppelring-14mer mit einer hydrophoben Patch an seiner Öffnung; es ist so groß, es kann native Faltung der 54-kDa GFP in seinem Lumen aufzunehmen. GroES ist ein Einzelring-Heptamer, die an GroEL in Gegenwart von ATP oder ADP bindet. GroEL / GroES nicht in der Lage zur vorherigen Aggregation rückgängig zu machen, aber es funktioniert in den Weg der Fehlfaltung und Aggregation zu konkurrieren. Wirkt auch in der mitochondrialen Matrix als molekulares Chaperon.

Hsp70

Hsp70 ist vielleicht der am besten charakterisierten kleinen Anstandsdame.

Die Hsp70-Proteine ​​werden durch Hsp40-Proteine, die die ATP-Verbrauch und die Aktivität der Hsp70s erhöhen unterstützt.

Es wurde festgestellt, dass die Expression von Hsp70-Proteinen zu einer verringerten Neigung zur Apoptose konnte in den Zell Ergebnisse.

Obwohl eine genaue mechanistische Verständnis ist noch bestimmt werden, ist bekannt, dass Hsp70s haben eine hochaffine Bindungszustand zu ungefalteten Proteinen, wenn sie ADP gebunden ist, und eine mit niedriger Affinität Zustand, wenn ATP gebunden.

Es wird vermutet, dass viele Hsp70s Menge um einem entfalteten Substrats, stabilisieren und Verhinderung der Aggregation, bis der aufgeklappten Molekül richtig faltet, zu welchem ​​Zeitpunkt die Hsp70s verlieren Affinität für das Molekül und diffundieren entfernt. Hsp70 wirkt auch als mitochondriale und Chloroplasten-Chaperon in Eukaryoten.

Hsp90

Hsp90 kann die wenigsten verstanden Chaperon sein. Sein Molekulargewicht beträgt etwa 90 kDa, und es ist notwendig für die Lebensfähigkeit in Eukaryoten.

Hitzeschockprotein 90 ist ein molekulares Chaperon notwendig für die Aktivierung vieler Signalproteine ​​in der eukaryontischen Zelle.

Jedes Hsp90 hat eine ATP-bindende Domäne, eine mittlere Domäne und eine Dimerisierungsdomäne. Ursprünglich gedacht, um bei der Bindung von ATP, die vor kurzem veröffentlichten Strukturen von Vaughan et al auf ihren Substratprotein klemmen. und Ali et al. zeigen, dass die Client-Proteine ​​können von außen an den beiden N-terminalen und mittleren Bereichen der Hsp90 bindet.

Hsp90 kann auch verlangen, Co-Chaperone artigen Immunophiline, Sti1, p50 und Aha1 und auch kooperiert mit dem Hsp70-Chaperon-System.

Hsp100

Hsp 100-Proteine ​​wurden in vivo und in vitro auf ihre Fähigkeit zum Ziel und entfalten markiert und fehlgefaltete Proteine ​​untersucht.

Proteine ​​in den Hsp100 / Clp Familienform groß hexameren Strukturen mit unfoldase Aktivität in Gegenwart von ATP. Diese Proteine ​​sind gedacht, um als Chaperone durch processively Threading-Client-Proteine ​​durch eine kleine 20 Å Poren funktionieren, wodurch jedem Kunden Protein eine zweite Chance zu falten.

Einige dieser Hsp100 Chaperone, wie ClpA und ClpX, Associate mit dem Doppel-beringte tetradekamerem Serinprotease ClpP; statt der Katalyse der Rückfaltung von Client-Proteine ​​sind diese Komplexe für die gezielte Zerstörung von markierten und fehlgefaltete Proteine ​​verantwortlich.

Hsp104 das Hsp100 von Saccharomyces cerevisiae, ist von wesentlicher Bedeutung für die Vermehrung vieler Hefe Prionen. Löschen der HSP104 Gens führt zu Zellen, die nicht in der Lage, bestimmte Prionen zu verbreiten sind.

Geschichte

Die Untersuchung von Chaperonen hat eine lange Geschichte. Der Begriff 'Molekular chaperone` erschienen zuerst in der Literatur 1978 und wurde von Ron Laskey erfunden, um die Fähigkeit eines nuklearen Protein namens Nucleoplasmin die Aggregation von gefalteten Histonen mit DNA bei der Montage der Nukleosomen verhindern beschreiben. Der Ausdruck wurde später von R. John Ellis 1987 verlängert, um Proteine, die post-translationale an Proteinkomplexen vermittelt beschreiben. 1988 wurde erkannt, daß ähnliche Proteine ​​vermittelt diesen Prozess in Prokaryoten und Eukaryoten. Die Einzelheiten dieses Verfahrens wurden 1989 festgelegt, wenn die ATP-abhängige Proteinfaltung in vitro demonstriert.