• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Molekuły białka

    25.02.2011. 17:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W artykule prezentującym wyniki nowych badań, który ukazał się w czasopiśmie Nature Structural and Molecular Biology, naukowcy z Uniwersytetu w Umeå w Szwecji wyjaśniają, w jaki sposób komórka zapewnia prawidłową dystrybucję białek w swoim wnętrzu. Stworzyli szczegółowy obraz białek wyposażonych w swego rodzaju etykiety, służące do kierowania białek w drodze przez błonę komórkową.

    Większość organizmów o złożonej budowie składa się z niezliczonych komórek, które z kolei same pełne są skomplikowanych form. Komórki osiągają tak zaawansowaną organizację w dużej mierze dzięki temu, że rozmaite białka trafią w odpowiednie miejsce. Sposób, w jaki tego dokonują żywo interesuje naukowców.

    Jeżeli poznamy, w jaki sposób komórki ustalają, które białka i gdzie mają trafić wewnątrz komórki, a które mają zostać wyeksportowane, będziemy w stanie przeprojektować system na naszą korzyść. Jednakże mechanizm, dzięki któremu odrębne rodziny białek są wysyłane na swoje odpowiednie miejsca w komórce pozostaje jedną z najbardziej frapujących zagadek w biologii.

    Nawet pierwszy krok jest zagadkowy: z pozoru dziwne przechodzenie dużych polipeptydów przez gęste, nieprzepuszczalne wnętrze błony retikulum endoplazmatycznego. Niemniej naukowcy poznają niektóre z podstawowych zasad procesu. Obszerne informacje dostarczone ostatnio przez naukowców z Umeå wyjaśniają sposób, w jaki białka są eksportowane nawet całkowicie z komórki.

    Pierwszy etap mechanizmu eksportującego opiera się na kompleksie molekularnym. Składa się z małej molekuły kwasu rybonukleinowego (RNA) powiązanej z pięcioma określonymi polipeptydami. Łącznie tworzą cząsteczkę rozpoznającą sygnał (SRP). Ten kompleks poszukuje białek przeznaczonych na eksport i łączy się z nimi.

    Podobnie jak w przypadku SRP, odkryto już pewną regułę, która działa właściwie w tej samej formie we wszystkich komórkach: "etykieta adresowa". Komórki wydają się wykorzystywać krótkie sekwencje aminokwasów, z których składają się białka, jako etykiety ostatecznego miejsca przeznaczenia białka.

    Bez tej sekwencji sygnałowej białko nie może wchodzić w interakcje z SRP i poruszać się przez retikulum endoplazmatyczne. Ten właśnie sygnał jest usuwany w procesie przechodzenia przez błonę, a do akcji wkracza inny sygnał. Inne sekwencje aminokwasów mogą również działać jak sygnał do dalszych etapów sortujących - to fascynujący obszar badań.

    Znana jest już naukowcom jedna z tych dodatkowych etykiet peptydowych: sekwencja zakotwiczająca. Sekwencje zakotwiczające często występują na końcówkach białek. Złożone z hydrofobowych aminokwasów mają za zadanie ścisłe przytwierdzenie białek do błon. Co dziwne, niektóre sekwencje zakotwiczające działają jedynie w swojej ostatecznej lokalizacji, która znajduje się na zewnątrz błony retikulum endoplazmatycznego lub innej błony na ścieżce eksportowej.

    Te skomplikowane mechanizmy funkcjonują we wszystkich komórkach zwierzęcych i roślinnych, ale methanococcus jannaschii - autotroficzny organizm hipertermofilny należący do królestwa Archebakterii - jest znacznie prostszy. Ten jednokomórkowy mikroorganizm zapewnił naukowcom z Umeå prostszy system układ modelowy do badania budowy SRP z naprowadzającą sekwencją sygnałową i bez niej. Wykorzystana została technologia zwana krystalografią rentgenowską.

    "Zmiany strukturalne okazały się znacznie większe niż wcześniej przewidywano" - wyjaśnia Elisabeth Sauer-Eriksson, profesor z Wydziału Chemii Uniwersytetu w Umeå. "Przynoszą nam szczegółowe wyjaśnienia co do roli pełnionej przez SRP w transporcie białek. Te specyfikacje strukturalne mogą również posłużyć za model funkcjonowania SRP na różnych poziomach w czasie transportu białek."

    Jeżeli udałoby się rozpracować ten pomysłowy mechanizm, dzięki któremu komórki etykietują i sortują białka do wyeksportowania, inżynierowie genetyczni mogliby wówczas doprowadzić mikroorganizmy do wydzielania dowolnego białka.

    Badania zostały dofinansowane przez Szwedzką Radę ds. Nauki, Ośrodek Badań Mikrobiologicznych w Umeå i Fundację Kempe.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Wiropeksja to sposób wirusów wnikania do komórki. Polega on na wykorzystaniu naturalnych mechanizmów komórki. W przypadku wirusa, kiedy przyłącza się on do komórki, ta "wyczuwając" znane jej białko wpuszcza agresora do cytoplazmy, dzięki czemu wirus może zaaplikować się w jej wnętrzu. Wirus ma białko takie samo jak komórka tylko na "wystających nitkach". To dzięki nim może wniknąć do środka komórki. Gdy owe "niteczki" zostaną na powierzchni komórki, w jej środku rozpoznawalne zaczyna być obce białko, które komórka niszczy. W ten sposób wirus "wpuszcza" do jądra komórkowego swój materiał genetyczny, który może się ulotnić z niszczonego przez komórkę kapsydu.

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja).

    Kinazy białkowe – grupa kinaz, których substratami są białka. Enzymy te przeprowadzają reakcję fosforylacji cząsteczki specyficznego dla danej kinazy białka. Fosforylacja zwykle prowadzi do zmiany konformacji cząsteczki białka i, w konsekwencji, zmiany jego aktywności, zdolności do wiązania się z innymi białkami albo przemieszczenia cząsteczki w obrębie komórki. Do 30% białek podlega regulacji na tej drodze; większość szlaków metabolicznych komórki, zwłaszcza sygnalizacyjnych, angażuje enzymy z grupy kinaz białkowych. W ludzkim genomie zidentyfikowano kilkaset genów kodujących sekwencje aminokwasowe kinaz białkowych (około 2% wszystkich genow). Funkcja kinaz białkowych podlega wielostopniowej regulacji, również angażującej kinazy i fosfatazy białkowe; fosforylacja białka kinazy może zwiększać albo zmniejszać jej aktywność. Białka aktywatorowe lub inhibitorowe przez przyłączanie się do domen regulatorowych kinaz również wpływają na ich aktywność. Niektóre kinazy posiadają domenę regulatorową, którą same mogą fosforylować (autofosforylacja albo cis-fosforylacja).

    Sygnałosom CSN (ang. "CSN signalosome") - kompleks białkowy uczestniczący w regulacji proteasomalnej degradacji białek.

    Szorstka siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne granularne, siateczka śródplazmatyczna ziarnista ER-g, rER) - rozgałęziony system błon plazmatycznych w komórce, łączący zewnętrzną błonę jądrową z błoną komórkową oraz błony organelli. Jej funkcja polega na udziale w syntezie białek. Jej powierzchnia jest pokryta rybosomami. Jest szczególnie dobrze rozwinięta w komórkach szybko rosnących oraz tych, których aktywność jest skierowana na syntezę białek z przeznaczeniem na eksport, np. komórki nabłonka gruczołowego.

    Szorstka siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne granularne, siateczka śródplazmatyczna ziarnista ER-g, rER) - rozgałęziony system błon plazmatycznych w komórce, łączący zewnętrzną błonę jądrową z błoną komórkową oraz błony organelli. Jej funkcja polega na udziale w syntezie białek. Jej powierzchnia jest pokryta rybosomami. Jest szczególnie dobrze rozwinięta w komórkach szybko rosnących oraz tych, których aktywność jest skierowana na syntezę białek z przeznaczeniem na eksport, np. komórki nabłonka gruczołowego.

    Silencery (sekwencje wyciszające) – sekwencje DNA, które w sposób negatywny wpływają na transkrypcję informacji genetycznej. Sekwencje te mogą znajdować się nawet kilka tysięcy nukleotydów przed lub za promotorem. Do sekwencji silencerów przyłączają się białka, które bezpośrednio oddziałują na transkrypcję oddalonego genu. Działanie odwrotne do silencerów mają enhancery

    Dodano: 25.02.2011. 17:37  


    Najnowsze