Przestrzenny układ białka to jego struktura trzeciorzędowa. Dla przypomnienia:

• Struktura pierwszorzędowa to łańcuch aminokwasów.

• Struktura drugorzędowa to łańcuch aminokwasów zwinięty w αalfa‑helisę lub βbeta‑harmonijkę.

• Struktura trzeciorzędowa to pofałdowany łańcuch aminokwasowy zawierający struktury drugorzędowe (αalfa‑helisy oraz βbeta‑harmonijki). Pofałdowanie powoduje uzyskanie odpowiedniego dla danego białka układu trójwymiarowego. Układ przestrzenny utrzymywany jest przez wiązania oraz oddziaływania między aminokwasami.

Więcej na ten temat przeczytasz w e‑materiale pt. Struktury przestrzenne białekP1BpNXKMdStruktury przestrzenne białek.

Na czym polega?

Określenie „fałdowanie białek” odnosi się przede wszystkim do nadawania białkom struktury trzeciorzędowej. W procesie tym łańcuchy polipeptydowe układają się w taki sposób, aby fragmenty mające docelowo być blisko siebie znalazły się w swoim sąsiedztwie. Dzięki temu możliwe jest utworzenie m.in. wiązań wodorowychwiązanie wodorowewiązań wodorowych i mostków disiarczkowychmostek disiarczkowymostków disiarczkowych, które stabilizują strukturę białka. Omawiany proces może odbywać się w trakcie translacji lub po jej zakończeniu.

Z czego wynika?

Fałdowanie białek wynika w głównej mierze z właściwości aminokwasów i obecnych w ich strukturze grup funkcyjnych. Jednym z mechanizmów ustalania prawidłowej konformacjikonformacjakonformacji białka jest utworzenie mostków disiarczkowych, czyli wiązań między atomami siarki reszt cysteinowych. Ułożenie łańcucha peptydowego w taki sposób, aby reszty cysteiny znalazły się w bliskiej odległości, promuje powstawanie mostków disiarczkowych, a aminokwasy pomiędzy tymi resztami tworzą pętlę.

W fałdowaniu udział biorą białka zwane chaperonami, czyli białkami opiekuńczymi (od angielskiego słowa chaperone oznaczającego opiekuna). Chaperony uczestniczą w regulacji tego procesu przez likwidację przypadkowych, nieuporządkowanych struktur powstających w wyniku błędnego fałdowania się fragmentów polipeptydów. Następnie białka te pozwalają na poprawne zwinięcie się łańcuchów polipeptydowych, aż do osiągnięcia prawidłowej konformacji. Jeśli proces ten zajdzie prawidłowo, chaperon odłącza się od formowanej cząsteczki. Proces fałdowania białek jest niezwykle ważny, aby białka mogły pełnić swoje funkcje, a do uzyskania prawidłowej konformacji niezbędny jest nakład energii.

RDAkFey0rA1t3

Schemat przedstawia białko Hsp70 zobrazowane jako kilka znajdujących się koło siebie spiralnych wstęg w kolorze czerwonym. Białko to tworzy „kieszeń”, w której fałdowany jest peptyd przedstawiony jako płaskie wstęgi w kolorze zielonym, zakończone strzałkami. Zielona strzałki połączone są między sobą białymi liniami.

Chaperony to białka uczestniczące w nadawaniu właściwej struktury przestrzennej innym białkom lub kompleksom białek. Stanowią także mechanizm zabezpieczający przed agregacją nowo zsyntetyzowanych łańcuchów peptydowych. Występują u organizmów prokariotycznych i eukariotycznych. U tych drugich znajdują się w cytoplazmie oraz organellach komórkowych - mitochondriach oraz chloroplastach.

Do chaperonów zalicza się także białka szoku cieplnego, których ekspresja wzrasta m.in. w warunkach podwyższonej temperatury. Ich zadaniem jest ochrona komórki przez udział w fałdowaniu białek oraz przywracaniu właściwej konformacji zdenaturowanym i zagregowanym cząsteczkom białkowym. Nazewnictwo białek szoku cieplnego wywodzi się od ich masy cząsteczkowej wyrażonej w kilodaltonach, np. Hsp70 to białko o masie 70 kDa.

Chaperony odpowiadają także za rozfałdowanie i ponowne sfałdowanie białek, które przeznaczone są do transportu do wybranych organelli komórkowych. Transport transmembranowy białek w formie sfałdowanej nie jest możliwy, stąd konieczność rozfałdowania ich struktury trzeciorzędowej przed transportem i ponowne zwinięcie po osiągnięciu celu.

Do grupy białek opiekuńczych związanych z procesem fałdowania białek należą m.in.:

Kalneksyna

Kalneksyna to chaperon związany z błonami komórki. Białko to rozpoznaje miejsca glikozylacji białek błonowych i uczestniczy w ich fałdowaniu. Ma ona także zdolność do przeznaczania błędnie sfałdowanych białek do degradacji.

Endoplazmina

Kolejnym znanym chaperonem jest endoplazmina, której systematyczna nazwa to heat shock protein 90kDa beta member 1 (HSP90B1). Endoplazmina odpowiada za fałdowanie białek TLR – jednego z rodzajów receptorów wykrywających patogeny – oraz integryn – białek budujących receptory transbłonowe komórek zwierzęcych. Chaperon ten jest niezbędny w regulacji odpowiedzi immunologicznej.

Białka opiekuńcze dzielą się na bardzo wiele grup. Jednym z najprostszych podziałów jest ten uwzględniający ich lokalizację: na związane z rybosomami i cytoplazmatyczne.

Z punktu widzenia komórki fałdowanie białek jest bardzo ważnym procesem. Dzięki odpowiedniej konformacji białek możliwe jest działanie enzymów, tworzenie struktur komórkowych, czy transporterów transbłonowych, zapewniających możliwość transportu substancji do i z komórki. Jak poważne mogą być zatem straty wynikające z nadania łańcuchom aminokwasowym niepoprawnej struktury trzeciorzędowej?

Jednym ze skutków zaburzenia fałdowania białka może być utrata jego funkcjonalności, np. cząsteczka enzymu nie będzie mogła katalizować reakcji. Funkcję tę przejmą wtedy pozostałe białka o prawidłowej aktywności katalitycznej, zatem dojdzie jedynie do zmniejszenia ogólnej wydajności reakcji. Niebezpieczne jest także tworzenie przez nieprawidłowo sfałdowane białka agregatów. Istnieją jednak mechanizmy pozwalające na usuwanie źle sfałdowanych białek na drodze degradacji proteosomalnej oraz w lizosomach. Niektóre białka o nieprawidłowej konformacji mają właściwości toksyczne – mogą uszkodzić lub nawet zabić komórkę bądź cały organizm.

RDmiF9i3P8AgV1

Na zdjęciu znajduje się ciemnoskóre dziecko chore na kuru. Posiada rysy twarzy charakterystyczne dla mieszkańców Afryki: szerokie usta i nozdrza, duże, ciemne oczy oraz kręcone, czarne włosy. Jest skrajnie wychudzone, na klatce piersiowej ma widoczne żebra oraz cienkie ręce i nogi. Nie może ustać samodzielnie na nogach, z tyłu podtrzymuje je pod pachami inna, dorosła osoba.

Przykładem tego rodzaju zagrożenia są prionyprionypriony – białka odpowiedzialne za rozwój chorób układu nerwowego: choroby Creutzfeldta‑Jakoba oraz kuru, czyli tzw. śmiejącej się śmierci. Określenie to pochodzi od śmiechu pacjenta towarzyszącego jej objawom: chory dostaje drgawek, z czasem traci możliwość chodzenia, siedzenia, utrzymywania moczu i kału, a w ostatniej fazie umiera. Śmiertelność kuru wynosi 100%.

Więcej na ten temat przeczytasz w e‑materiale pt. Choroby prionowePaB3UO9J6Choroby prionowe.

Słownik