Значение протеиндисульфидизомеразы (ПДИ) в сворачивании белка
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 06.11.2024
• Протеин-дисульфид-изомераза катализирует образование дисульфидных связей и процессы молекулярной перегруппировки в ЭПР.
Поскольку белки BiP и Grp94 находятся и в цитозоле, система специальных шаперонов должна также присутствовать в люмене ЭПР. Особенно важно, что белки были способны образовывать дисульфидные связи по мере необходимости. Образование дисульфидных связей является следствием окислительного окружения, характерного для люмена ЭПР и для внеклеточной среды.
Дисульфидные связи возникают между цистеиновыми остатками при сворачивании белковой молекулы (хотя они иногда образуются также и между различными белками). Процесс катализируется семейством ферментов, нозываемых протеиндисульфидизомеразы (ПДИ). Как показано на рисунке ниже, эти ферменты могут образовывать не только надлежащим образом ориентированные дисульфидные связи, но часто в процессе скручивания образуют неправильные связи.
Это приводит к возникновению неправильной конформации молекулы или даже к ее агрегации, если связи не могут занять правильное положение. В таких случаях ПДИ катализирует перегруппировку и образование новых дисульфидных связей. Таким образом, этот фермент и другие тиоловые изомеразы обеспечивают молекулам насцентных белков необходимую гибкость, снимая ограничения, возникающие из-за дисульфидных связей.
Протеиндисульфидизомераза (ПДИ) катализируют образование дисульфидных связей при участии цистеиновых остатков, находящихся в собственном активном центре. Образование дисульфидной связи представляет собой окислительновосстановительную реакцию, при которой происходит обмен электронов между цистеиновыми остатками белка и ПДИ. Для того чтобы началась реакция, катализируемая ПДИ, остатки цистеина в ферменте должны находиться в окисленном состоянии (в виде дисульфидной связи).
Также должна присутствовать система их последующего окисления. Вначале предполагалось, что повторное окисление ПДИ происходит с участием небольшой молекулы глутатиона. Окисленная форма глутатиона селективно импортируется в люмен ЭПР и поддерживает ПДИ в окисленной форме. Однако недавно было показано, что, по крайней мере в некоторых белках, дисульфидные связи могут образовываться и перегруппировываться даже при отсутствии глутатиона.
Сейчас кажется очевидным, что белок ЭПР, называемый Ero1p, главным образом отвечает за окисление ПДИ, хотя, возможно, определенную роль все-таки играет глутатион.
Эта реакция схематически показана на рисунке ниже. Сам Ero1p, вероятно, окисляется с участием флавинаденин динуклеотида (ФДД).
Как показано на рисунке ниже, ПДИ использует другой механизм изомеризации существующих дисульфидных связей в неправильно скрученном белке. В этой реакции один из остатков цистеина в активном сайте ПДИ образует временную дисульфидную связь с цистеиновым остатком неправильно скрученного белка. Пока существует эта связь, образование нативной структуры может продолжаться, несмотря на связь с ПДИ. Когда белок принимает конформацию, при которой возможно образование другой дисульфидной связи, связь с ПДИ разрывается. Каким образом ПДИ контролирует правильность образования дисульфидной связи и прекращает взаимодействовать с белком, пока неизвестно.
Возможно, что плотная упаковка полипептидной цепи в правильно уложенном белке делает его дисульфидные связи недоступными для ПДИ. Наряду с оксидазным и изомеразным действием, ПДИ может действовать как шаперон, активность которого регулируется степенью его окисления.
Хотя ИДИ является наиболее изученной тиолизомеразой и экспрессируется практически во всех тканях, известно много других типов шаперонов, содержащихся в люмене ЭПР, которые функционируют по окислительно-восстановительному принципу. Возможно, что некоторые или даже большинство из них обладают специфичностью по отношению к определенному типу клеток или даже субстратов. Интересно, что к этому семейству также относится белок ERdj5, способный также стимулировать гидролиз АТФ под действием BiP. Поэтому не исключено, что ERdj5 служит связующим звеном между процессами образования нативной структуры с участием белка BiP и перегруппировкой дисульфидных связей.
Эти связи должны узнаваться и замениться на правильные до поступления белка в аппарат Гольджи.
После этого фермент регенерирует дисульфидную связь в ПДИ, так что этот механизм может использоваться многократно.
После окончания реакции дисульфидная связь в Ero1p регенерируется за счет протекания другой реакции, которая не требует ПДИ.
После соединения с ПДИ эти связи удаляются, и белок продолжает созревать до тех пор, пока за счет дисульфидного обмена в нем не образуется другая связь.
Обратите внимание, что белок созревает, находясь в связанном с ПДИ состоянии.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
-