Chaperona

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Chaperona são proteínas.

Ao longo da evolução, as células incorporaram mecanismos bastante eficientes para evitar que erros na transmissão da informação genética se propaguem na replicação, na transcrição e na tradução. Ainda assim, com todo esse cuidado de assegurar que a seqüência de aminoácidos esteja correta, ainda é possível que uma proteína não consiga desempenhar suas funções por erro no enovelamento. Na verdade, uma quantidade significativa de proteínas precisa de ajuda para atingir a configuração terciária correta.

Essa ajuda é fornecida por uma família de proteínas que, além de auxiliar o enovelamento protéico, encaminha a proteína à destruição, caso não seja possível atingir a configuração correta.

Essas proteínas são chamadas de chaperonas (chaperons são aqueles meninos que ajudavam os nobres renascentistas a vestir as roupas complicadas e colocar as perucas enormes, ou também eram acompanhantes que saíam com as moças quando elas saíam com algum rapaz, para evitar que fizessem sexo. Geralmente as chaperonas eram mulheres mais velhas. Essa prática era bastante comum nos EUA. ) e constituem uma família de muitas proteínas diferentes com função semelhante: elas usam energia da hidrólise de ATP para desnovelar proteínas, possibilitando novo enovelamento, dessa vez na forma correta ou no lugar correto. Vamos ver a seguir alguns exemplos desse mecanismo.

Proteínas auxiliares: as chaperonas[editar | editar código-fonte]

As proteínas auxiliares foram descobertas em experimentos em que células eram submetidas a altas temperaturas, cerca de 42°C para células que vivem a 37°C, na presença de um aminoácido marcado radioativamente (metionina-35S). Depois tinham o perfil de proteínas analisado por eletroforese e auto-radiografia. Em temperaturas mais altas, a quantidade total de proteínas sintetizada era maior do que na temperatura normal, no mesmo período, o que já era esperado. Mas a surpresa é que havia um grupo de proteínas que antes nem era perceptível, mas depois do choque térmico aparecia em quantidade maior. Essas proteínas foram identificadas, analisadas e tiveram sua função determinada. Eram proteínas que hidrolisavam ATP e estavam sempre associadas a outras proteínas, algumas também recém-sintetizadas, ajudando no enovelamento delas.

Elas ficaram conhecidas como proteínas de choque térmico ou hsp (do inglês heat shock proteins). Depois de conhecer sua função, ficou fácil compreender porque aumentavam tanto de quantidade no choque térmico: se mais proteínas estavam sendo sintetizadas e mais depressa, é provável que precisassem de mais ajuda.

Depois que a família de proteínas hsp foi caracterizada, muitos de seus componentes foram identificados com base na presença de seqüências peptídicas conservadas. Assim, foram encontradas proteínas de choque térmico no citossol, nas mitocôndrias, no retículo endoplasmático.

Comparando as diferentes proteínas de choque térmico, ou chaperonas, elas puderam ser classificadas em três grupos: o das hsp60, o das hps70 e o das hsp90, com modos de ação ligeiramente diferentes.

hsp70 ajuda no enovelamento das proteínas[editar | editar código-fonte]

As hsp70 são proteínas menores, que se ligam em seqüências hidrofóbicas expostas e mantêm a cadeia peptídica desenovelada até que ela possa assumir a conformação tridimensional correta.

Essa chaperona tem duas tarefas importantes: ajudar o enovelamento e impedir que várias proteínas malformadas, com seqüências hidrofóbicas expostas, formem agregados, que além de inúteis podem ser muito nocivos. Ela ajuda proteínas que estejam sendo sintetizadas em ribossomos livres no citoplasma ou proteínas que foram transferidas através do translocon para o retículo endoplasmático. Nesse caso, entra em ação outro conjunto de chaperonas do grupo hsp70, que mora dentro do retículo; a mais conhecida delas é a BIP, que é considerada marcadora do retículo endoplasmático.

Nem sempre esse tipo de chaperona age em cadeias protéicas que estão sendo sintetizadas. Um bom exemplo é a transferência de proteínas que são feitas no citossol; lá ficam prontas, mas devem funcionar na mitocôndria. Para entrar na mitocôndria, ela precisa ser desenovelada, transportada e depois reenovelada dentro da mitocôndria. Certamente, as chaperonas ajudam a direcionar a cadeia para dentro da mitocôndria, o que equivale a tentar guardar um novelo de lã dentro de um armário fechado, passando-o pelo buraco da fechadura: quanto mais longa a proteína, mais complicado fica passar toda a sua extensão para dentro.

O que poderia facilitar esta tarefa seria se anõezinhos puxassem o fio pelo lado de dentro. Quem executa a tarefa de tais anõezinhos são as chaperonas que existem na mitocôndria.

As chaperonas também estão envolvidas no transporte de proteínas para dentro das organelas, núcleo, etc., desenovelando-as para tanto. Dentro da organela, a proteína se enovela novamente, na sua forma termodinamicamente mais estável (enovelamento espontâneo da proteína), mas ela nao pode ficar assim. Então entram em ação as “unfoldases” (unfold), que irão desenovela-las de novo, para que outras chaperonas as forcem a se enovelarem na forma biologicamente ativa.

As hsp60 e o controle de qualidade[editar | editar código-fonte]

As chaperonas do grupo hsp60 agem sempre sobre uma proteína já pronta que tenha um erro na configuração terciária. O erro aparece sempre como uma seqüência de aminoácidos hidrofóbicos que ficam expostos e são reconhecidos pelas chaperonas (aliás, todas as chaperonas reconhecem e se ligam a seqüências hidrofóbicas de aminoácidos). Uma vez detectado o erro, as hsp60 se ligam à proteína, aprisionando-a dentro de uma reentrância da própria chaperona, formando um ambiente separado do citossol, propício para que a energia do ATP, que a chaperona hidrolisou, consiga modificar o enovelamento da proteína. As chaperonas do grupo das hsp60 parecem um pequeno barril.

Proteassomas: trituradores de proteínas[editar | editar código-fonte]

E se as chaperonas não conseguirem consertar as proteínas mal-enoveladas? Na verdade, elas tentam várias vezes, mas, ainda assim, nem sempre conseguem. Se não for possível consertar a proteína, as chaperonas encaminham essa proteína para degradação. Se você acha que a degradação de proteínas dentro de uma célula só pode ocorrer dentro dos lisossomos, saiba que durante muitos anos essa era a idéia em vigor. Depois, através de experimentos de fracionamento celular e, mais tarde, de Biologia Molecular, descobriu-se que existem enzimas que degradam proteínas (enzimas proteolíticas) no citossol também.

Eram enzimas que funcionavam muito bem em pH 7,0. A descoberta surpreendeu muito, já que se achava que as enzimas proteolíticas não saíam degradando tudo porque estavam presas aos lisossomos. Mas o fato é que elas não saem degradando tudo! Como explicar? A resposta veio do fato de as enzimas proteolíticas citossólicas não estarem dispersas, e sim arranjadas em conjuntos enzimáticos chamados proteassomas.

Esse arranjo de enzimas parece um pequeno triturador de papel, ou um apontador de lápis automático, que tem as lâminas voltadas para dentro.

Proteassomas e chaperonas mantêm a célula com todas as proteínas em ordem[editar | editar código-fonte]

Além da vantagem óbvia de evitar o acúmulo de proteínas malformadas e, portanto, inúteis, a importância do trabalho das chaperonas e dos proteassomas fica mais evidente quando examinamos as conseqüências do acúmulo de proteínas malformadas.

É comum que proteínas malformadas tenham seqüências hidrofóbicas indevidamente expostas. Esta exposição leva a uma tendência de agregação. Os agregados protéicos só se formam se o sistema de degradação não funcionar, mas, uma vez iniciada a agregação, a atividade das proteases fica difícil porque as proteases não têm acesso às proteínas e eles (os agregados) também não entram nos proteassomas. Um agregado protéico que cresça muito pode levar a célula à morte, ou, se a célula conseguir expeli-lo, causar enorme prejuízo ao tecido, acumulando-se no meio extracelular. Um tipo particular de agregado protéico é formado quando regiões β-pregueadas anormalmente expostas em várias proteínas provocam o empilhamento dessas proteínas, formando o que se chama placa β−amilóide . As placas β-amilóides são marcantes em algumas doenças neurodegenerativas, como o mal de Alzheimer e a doença de Huntington, embora não se possa atribuir a essas placas a causa das doenças.

Em biologia, chaperonas são proteínas que têm por função assistir outras proteínas na obtenção de seu dobramento apropriado. Muitas chaperonas são proteínas heat shock , ou seja, proteínas expressadas em resposta a elevação de temperatura ou outra criticidade celular. A razão para este comportamento é que o dobramento da proteína é muito afetada pelo calor e, portanto, algumas chaperonas agem em reparar o dano potencial causado pela falha de dobramento. Outras chaperonas estão envolvidas no dobramento de novas proteínas que deixam o ribossomo. Apesar da maioria das novas proteínas sintéticas poderem dobrar na ausência de chaperonas, uma estrita minoria as requer. As chaperonas foram co-descobertas por Art Horwich, atualmente um professor na Universidade de Yale e Instituto Médico Howard Hughes, e Ulrich Hartl.

Nomenclatura e exemplos de chaperonas procarióticas[editar | editar código-fonte]

Existem muitas diferentes famílias de chaperonas; cada família age na assistência a dobra protéica de uma forma diferente. Em procariotos como E. coli, muitas destas proteínas são altamente expressivas sob condições de alta criticidade, por exemplo, quando colocado em altas temperaturas. Por esta razão, o termo "heat shock protein" foi historicamente usado para nomear estas chaperonas. O prefíxo "Hsp" desígna como uma proteína heat shock.

  • Hsp60 (GroEL/GroES complex in E. coli) é o melhor largo complexo (~ 1 MDa) de chaperona caracterizado. GroEL é um duplo-anel 14mer com um caminho greasy hidrofóbico na sua abertura; é tão largo que pode acomodar a dobra nativa de 54-kDa GFP em seu lumem. GroES é um anel-simples heptamer que se liga ao GroEL na presença de ATP ou ADP. GroEL/GroES pode não ser capaz de desfazer agregações anteriores, mas pode competir no caminho da má-dobra e agragação. Veja Fenton e Horwich (2003), e os artigos sobre GroEL/GroES para mais informações.
  • Hsp70 (DnaK in E. coli) é provavelmente a melhor caracterizada pequena chaperona (~ 70 kDa). A proteína Hsp70 são auxiliadas por proteínas Hsp40 (DnaJ in E. coli), que aumenta a taxa de consumo de ATP e a atividade das Hsp70s. Foi notado que a expressão das proteínas Hsp70 na célula resulta em em uma decreased tendency towards apoptosis. Apesar de um entendimento prociso do mecanismo ainda precise ser determinado, é conhecido que as Hsp70s tem uma alta-afinidade de ligação com proteínas não dobradas quando ligada a uma ADP, e baixa taxa de afinidade quando ligado a uma ATP. É por esta razão que muitas Hsp70s cercam um substrato não dobrado, estabilizando e preveningo agregação até que a molecula não dobrada se dobre propriamente, o qual as Hsp70s perdem afinidade com a molecula e se dispersam. Para mais informações, veja (Mayer and Bukau, 2005).
  • Hsp90 (HtpG in E. coli) devem ser as menos compreendidas chaperonas. Seu peso molecular é por volta de 90 kDa, e é necessário para a viabilidade em eucariotos (possivelmente procariotos também.). Cada Hsp90 tem um domínio de ligação ATP, a middle domain, and a dimerization domain. They are thought to clamp onto their substrate protein upon binding ATP, and may require co-chaperones like Hsp70. See also (Terasawa et al, 2005).
  • Hsp100 (Clp family in E. coli) proteins have been studied in vivo and in vitro for their ability to target and unfold tagged and misfolded proteins. Proteins in the Hsp100/Clp family form large hexameric structures with unfoldase activity in the presence of ATP. These proteins are thought to function as chaperones by processively threading client proteins through a small 20-Å pore, thereby giving each client protein a second chance to fold. Some of these Hsp100 chaperones, like ClpA and ClpX, associate with the double-ringed tetradecameric serine protease ClpP; instead of catalyzing the refolding of client proteins, these complexes are responsible for the targeted destruction of tagged and misfolded proteins.

Referências[editar | editar código-fonte]

  • "Hsp70 chaperones: cellular functions and molecular mechanism." Mayer, MP and Bukau, B Cell Mol Life Sci 62: 670-684, 2005. Entrez PubMed 15770419
  • Terasawa, et al, J Biochemistry (Tokyo), 137(4): 443-447, 2005.
  • "Chaperonin-mediated protein folding: fate of substrate polypeptide." Fenton, WA and Horwich, AL Q Rev Biophys 36(2): 229-256, 2003. Entrez PubMed 14686103

Veja também[editar | editar código-fonte]

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