• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Zaawansowana technologia pomaga w wyjaśnieniu procesu niepoprawnego fałdowania białek

    03.06.2011. 12:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Fałdowanie białek jest niezbędne dla funkcjonowania trójwymiarowych struktur w organizmie. Bywa jednak tak, że niektóre części białek funkcjonalnych pozostają niepofałdowane, prowadząc do rozmaitych, wyniszczających schorzeń, takich jak choroby neurozwyrodnieniowe. Naukowcy ze Szwajcarii i Wlk. Brytanii zbadali niepoprawne fałdowanie białek z wykorzystaniem zaawansowanej techniki spektroskopowej. Wyniki zaprezentowane w czasopiśmie Nature ujawniają, jak nieprawidłowe fałdowanie może konkurować z produktywnym fałdowaniem, zwłaszcza w białkach zawierających wiele domen. Badania zostały częściowo dofinansowane z wewnątrzeuropejskiego stypendium Marie Curie z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.

    Naukowcy z Uniwersytetu w Zurychu i Uniwersytetu Cambridge twierdzą, że nieprawidłowe fałdowanie występuje częściej, kiedy sekwencja aminokwasów w sąsiednich domenach białek jest bardzo podobna. Eksperci nazywają białka głównymi maszynami molekularnymi w naszym organizmie. Ich rola jest ogromna, bowiem nie tylko przetwarzają substancje odżywcze i przekształcają energię, ale również wspomagają strukturę komórek i przekazują sygnały w komórkach i w całym organizmie.

    Białka muszą mieć wyraźne zdefiniowaną, trójwymiarową strukturę, aby mogły wypełniać swoje specyficzne funkcje i w większości przypadków odnajdują tę strukturę samodzielnie po tym, jak zostają uformowane w komórce z pojedynczych modułów konstrukcyjnych - aminokwasów - w długie łańcuchy cząsteczek.

    Jednakże błędy w procesie fałdowania skutkują powstaniem białek, które są niezdolne do wypełniania swoich funkcji. W konsekwencji pojawiają się rozmaite zaburzenia. Jednak uniknięcie procesu nieprawidłowego fałdowania nie jest takie łatwe, jak mogłoby się wydawać. Ta sama reakcja molekularna, która stabilizuje prawidłową strukturę pojedynczych białek może wywołać interakcje między molekułami białek i przez to zmusić je do nieprawidłowego fałdowania.

    Za pomocą metody fluorescencyjnej pojedynczej molekuły zespół przeanalizował, co dzieje się w przypadku wystąpienia nieprawidłowego fałdowania. Naukowcy sprawdzili domeny (czy też odcinki) tytyny, która jest największym białkiem w organizmie. Tytyna wpływa na stabilność i elastyczność włókien mięśniowych. Należy zauważyć, że pojedyncze domeny tytyny mogą ulec rozfałdowaniu, kiedy mięsień jest poddawany intensywnemu wysiłkowi, aby uchronić tkankę mięśniową przed uszkodzeniem. Ale ponowne rozluźnienie mięśni może doprowadzić do wadliwego fałdowania domen.

    Na potrzeby badań zespół dołączył do białek malutkie molekuły barwne jako sondy.

    "Dzięki naszej metodzie spektroskopii laserowej byliśmy w stanie ustalić odległości w skali molekularnej, tj. z dokładnością do kilku milionowych milimetra, na podstawie transferu energii między sondami" - mówi współautor artykułu, profesor Benjamin Schuler z Uniwersytetu w Zurychu. To umożliwiło zespołowi właściwe zidentyfikowanie struktur i odróżnienie białek nieprawidłowo pofałdowanych. Następnie naukowcy określili proporcje nieprawidłowego fałdowania.

    "Badanie różnych domen tytyny w ramach naszych doświadczeń pokazało, że prawdopodobieństwo nieprawidłowego pofałdowania zwiększa się, jeżeli sąsiednie domeny mają bardzo podobną sekwencję aminokwasów" - wyjaśnia. "Wydaje się, że jest to kluczowa strategia ewolucyjna, której celem jest unikanie nieprawidłowego fałdowania białek, a przez to zapewnienie ich maksymalnej funkcjonalności."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Folding@home jest projektem internetowym zorganizowanym przez Stanford University w Stanach Zjednoczonych. Projekt ma na celu badanie procesów zwijania białek, koncentruje się na badaniu sposobu w jaki cząsteczka białka składa się w przestrzeni. Jest to o tyle ważne, że od tego kształtu zależą funkcje, jakie może ona pełnić w organizmie. Na skutek nieprawidłowego złożenia się cząstki, mogą powstawać białka wywołujące choroby takie jak: CJD, choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, czy też słynne BSE, czyli "choroba szalonych krów". Białaczka włochatokomórkowa – rzadka postać nowotworu hematologicznego, charakteryzująca się akumulacją nieprawidłowych limfocytów B. Zazwyczaj jest klasyfikowana jako podtyp przewlekłej białaczki limfatycznej. Pierwszy człon nazwy wywodzi się od białawego koloru próbki krwi chorego na ostrą białaczkę. Drugi człon nazwy jest związany z tym, iż z powodu części wystających promieniście z powierzchni nieprawidłowe limfocyty B wyglądają "włochato" pod mikroskopem, natomiast infiltracja szpiku kostnego i śledziony ma charakter rozproszony. Awaryjne lądowanie promu kosmicznego: Do awaryjnego lądowania wahadłowca nie są potrzebne prawie żadne urządzenia naziemne, z wyjątkiem drogi startowej najlepiej o długości 4,5 km. Większość wojskowych i międzynarodowych lotnisk cywilnych jest zdolna przyjąć powracający z orbity prom kosmiczny. Na niektórych lotniskach rozmieszczone są środki ułatwiające nieco pilotom lądowanie na nieznanym terenie. Są to światła zmieniające barwę z czerwonej na białą i odwrotnie oraz 40 galonów białej farby. Personel lotniska może namalować nią na pasie trójkąt równoramienny, który z kabiny wahadłowca jest widoczny jako równoboczny, gdy kąt podejścia do lądowania jest prawidłowy.

    Białka błonowe to białka związane ze strukturą błony biologicznej. W tych błonach białka pełnią rozliczne funkcje niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania komórki. Występują m.in. w roli: Denaturacja białka – zmiany w II, III- i IV-rzędowej strukturze białka natywnego, które prowadzą do utraty aktywności biologicznej lub innej indywidualnej cechy charakterystycznej przy zachowaniu sekwencji aminokwasów.

    Sekwencja aminokwasów, struktura pierwszorzędowa białka, struktura pierwotna białka – pierwszy poziom organizacji, na którym można opisać budowę białka. Opisuje liniowy układ aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym zgodny z kodem genetycznym. Histony łącznikowe – rodzina małych, zasadowych białek histonowych, do których zalicza się histon H1 i jego odmianę histon H5. W porównaniu z innymi histonami cechuje je względnie duża heterogenność. Średnia masa histonu łącznikowego wynosi około 20 kDa. Białko to jest zlokalizowane w obrębie nukleosomu w miejscu, w którym DNA schodzi i wchodzi do nukleosomu, tworząc swego rodzaju klamrę spinającą całość. Histony łącznikowe zbudowane są z trzech domen: globularnej domeny głównej oraz dwóch małych domen - N-końcowej i C-końcowej. Domena główna złożona jest z około 80 aminokwasów. Jedna z hipotez na temat pochodzenia tej domeny zakłada, że jest ona produktem fuzji bogatego w lizynę prokariotycznego białka kondensującego DNA i białka pełniącego funkcje strukturalne. GH5 (globularna domena histonu H5) posiada podobną strukturę przestrzenną jak bakteryjne białka CAP co może częściowo popierać powyższą teorię. Warto odnotować, że pomimo swojej nazwy żadne z tych białek nie posiadają charakterystycznej domeny nazywanej "fałdem histonowym" Obecnie istnieją co najmniej trzy modele przedstawiające ułożenie histonu H1 na nukleosomie. Niestety z powodu niedoboru danych strukturalnych (brak precyzyjnie wyznaczonej struktury trzeciorzędowej tego białka) nie można definitywnie potwierdzić żadnego z tych modeli.

    Białka pozbawione struktury trzeciorzędowej (ang. intrinsically unstructured proteins) – klasa białek w całości lub częściowo pozbawionych struktury trzeciorzędowej. Stan ten dotyczy białek w pełni funkcjonalnych i występuje w fizjologicznych warunkach. Zjawisko to jest obserwowane w 2-33% przypadków (w zależności od organizmu). Białka fuzyjne (białka chimeryczne) – białka powstające z połączenia 2 lub większej liczby genów, które pierwotnie były odpowiedzialne za produkcję niezależnych białek. Produktem genu fuzyjnego jest białko (polipeptyd), którego funkcja jest w pewnym stopniu pochodną funkcji białek kodowanych przez geny wchodzące w skład takiego połączenia.

    Hsp90 (heat shock protein 90) – białko z rodziny białek szoku cieplnego, należące do białek chaperonowych (opiekuńczych). Hsp90 występuje u eubakterii i wszystkich eukariontów, ale wydaje się być nieobecne w komórkach archeowców. Cytoplazmatyczne Hsp90 jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek eukariontów w każdej sytuacji, natomiast u bakterii produkt białkowy bakteryjnego homologu genu HtpG jest zbędny w warunkach innych niż szok cieplny.

    TRPM7 (ang. transient receptor potential cation channel, subfamily M, member 7) – ludzki gen w locus 15q21, kodujący białko kanału jonowego. Należy do rodziny kanałów jonowych TRPC, będących homologami białka trp drozofili. Kodowane przez gen TRPM7 białko kanału wapniowego ma dodatkowo aktywność kinazową. Heterozygotyczność względem mutacji punktowej T1482I wykryto u 5 z 22 pacjentów cierpiących na stwardnienie zanikowe boczne z wyspy Guam, co sugeruje udział nieprawidłowego białka w patogenezie tej choroby neurodegeneracyjnej.

    Dodano: 03.06.2011. 12:17  


    Najnowsze