Протеасома – система контроля качества белков

В каждой клетке человеческого организма содержится около 100 тыс. различных белков. Одни из них существуют долго, жизнь других исчисляется минутами; все они связаны с протеканием разнообразных ферментативных и не ферментативных биохимических процессов. Выполнив свое назначение, белки должны быть уничтожены.

В клетке обнаружен высокомолекулярный белковый комплекс, который работает в определенных условиях как несколько протеолитических ферментов. Однако, что очень важно, свою разрушающую активность комплекс проявляет только в явно нефизиологических условиях под действием изменяющих его структуру веществ.

Данный комплекс называют протеасома, т.е. частица (сома) с протеолитической функцией. Протеасомой названы две частицы разной сложности строения. Они отличаются также молекулярной массой и коэффициентом седиментации (его выражают в единицах Сведберга и обозначают буквой S при числе).

Судя по рентгеноструктурным данным, 20S протеасома представляет собой полый цилиндр длиной 15—17 нм и диаметром 11—12 нм, образованный четырьмя лежащими друг на друге кольцами. Каждое из них состоит из семи белковых субъединиц (молекулярной массой 20—35 кДа), причем периферические кольца сформированы субъединицами α-типа, а два центральных — β-типа.

Канал внутри цилиндра, расширяясь, образует три камеры: большую центральную и две меньшие, по краям. В центральной камере и осуществляется протеолиз. Роль α и β-колец в работе протеасомы различна. Так, субъединицы α-кольца за счет своих гидрофобных участков закрывают отверстие в центральный канал и препятствуют случайному проникновению белков в протеолитическую камеру. Кроме того, эти же субъединицы отвечают за присоединение других высокомолекулярных комплексов, которые регулируют работу 20S протеасомы.

Отверстие, ведущее в центральный канал и образованное a-субъединицами 20S протеасомы, по размеру сопоставимо с α-спиралью белка, а кроме того оно закрыто их гидрофобными N-концевыми участками. Это и не позволяет цитоплазматическим белкам проникать к месту возможного разрушения.

У млекопитающих до 90% клеточных белков (не только всех короткоживущих, но и большинства долгоживущих) подвергается гидролизу в полости протеасомы. Маркировкой белков – объектов протеолиза занимается специальная система ферментов (ее называют системой убиквитинирования). Маркером же служит цепочка не менее чем из четырех молекул белка убиквитина, состоящего из 76 аминокислотных остатков. Образование этой цепи и присоединение ее к белку-субстрату обслуживается системой ферментов.