GroEL - это белок, который принадлежит к семейству шаперонинов из молекулярных шаперонов, и он обнаружен во многих бактериях. Это требуется для правильного фолдинга многих белков. Для правильного функционирования GroEL требуется комплекс белка коаперонина, напоминающий крышку GroES. У эукариот белки Hsp60 и Hsp10 структурно и функционально почти идентичны GroEL и GroES, соответственно.
Внутри клетки процесс GroEL / ES-опосредованного сворачивания белка включает несколько раундов связывания, инкапсуляции и высвобождения белка-субстрата. Развернутые белки-субстраты связываются с гидрофобным связывающим участком на внутреннем крае открытой полости GroEL, образуя бинарный комплекс с шаперонином. Связывание субстратного белка таким образом, помимо связывания АТФ, индуцирует конформационное изменение, которое позволяет связывать бинарный комплекс с отдельной структурой крышки, GroES. Связывание GroES с открытой полостью шаперонина вызывает вращение отдельных субъединиц шаперонина таким образом, что сайт связывания гидрофобного субстрата удаляется изнутри полости, в результате чего субстратный белок выталкивается из ободок в теперь в основном гидрофильную камеру. Гидрофильная среда камеры способствует захоронению гидрофобных остатков субстрата, вызывая складывание субстрата. Гидролиз АТФ и связывание нового белка-субстрата с противоположной полостью посылает аллостерический сигнал, вызывающий высвобождение GroES и инкапсулированного белка в цитозоль. Данный белок претерпевает несколько раундов сворачивания, каждый раз возвращаясь в свое исходное развернутое состояние, пока не будет достигнута нативная конформация или промежуточная структура, преданная достижению нативного состояния. Альтернативно, субстрат может поддаться конкурирующей реакции, такой как неправильная укладка и агрегация с другими неправильно свернутыми белками.
Суженная природа внутри молекулярного комплекса сильно способствует компактным молекулярным конформациям субстратный белок. Свободные в растворе, дальнодействующие, неполярные взаимодействия могут происходить только с высокими затратами в энтропии. В непосредственной близости от комплекса GroEL относительная потеря энтропии намного меньше. Метод захвата также имеет тенденцию концентрировать неполярные сайты связывания отдельно от полярных сайтов. Когда неполярные поверхности GroEL удаляются, вероятность того, что любая данная неполярная группа встретит неполярный внутримолекулярный сайт, намного выше, чем в объемном растворе. Гидрофобные сайты, которые были снаружи, собираются вместе наверху цис-домена и связываются друг с другом. Геометрия GroEL требует, чтобы полярные структуры вели, и они охватывают неполярную сердцевину, выходящую из транс-стороны.
Структурно GroEL представляет собой тетрадекамер с двойным кольцом, в котором цис- и транс-кольца состоят из семи субъединиц каждое. Конформационные изменения, которые происходят в центральной полости GroEL, приводят к тому, что внутренняя часть GroEL становится гидрофильной, а не гидрофобной, и, вероятно, это то, что способствует сворачиванию белка.
GroEL (сбоку)
GroEL (вверху)
Комплекс GroES / GroEL (сбоку)
Комплекс GroES / GroEL (вверху)
Ключ к деятельности GroEL находится в структуре мономер. Мономер Hsp60 имеет три отдельных участка, разделенных двумя шарнирными областями. апикальный участок содержит много гидрофобных сайтов связывания для развернутых белков субстратов. Многие глобулярные белки не связываются с апикальным доменом, потому что их гидрофобные части сгруппированы внутри, вдали от водной среды, поскольку это термодинамически оптимальная конформация. Таким образом, эти «сайты субстрата» будут связываться только с белками, которые не свернуты оптимально. Апикальный домен также имеет сайты связывания мономеров Hsp10 GroES.
Экваториальный домен имеет прорезь рядом с точкой шарнира для связывания АТФ, а также две точки присоединения для другой половины молекулы GroEL. Остальная часть экваториального участка умеренно гидрофильна.
Добавление АТФ и GroES оказывает сильное влияние на конформацию цис-домена. Этот эффект вызван сгибанием и вращением в двух точках шарнира мономеров Hsp60. Промежуточный домен складывается вниз и внутрь примерно на 25 ° на нижнем шарнире. Этот эффект, умноженный на совместное изгибание всех мономеров, увеличивает экваториальный диаметр клетки GroEL. Но апикальный домен поворачивается на целых 60 ° вверх и наружу на верхнем шарнире, а также поворачивается на 90 ° вокруг оси шарнира. Это движение очень широко открывает клетку наверху цис-домена, но полностью удаляет сайты связывания субстрата изнутри клетки.
Было показано, что GroEL взаимодействует с GroES, ALDH2, Caspase 3 и дигидрофолатредуктаза.
гены бактериофага (фага) T4, которые кодируют белки с ролью при определении структуры фага Т4 были идентифицированы с использованием условно-летальных мутантов. Большинство этих белков оказались либо основными, либо второстепенными структурными компонентами завершенной фаговой частицы. Однако среди продуктов гена (gps), необходимых для сборки фага, Снустад идентифицировал группу gps, которые действуют каталитически, а не встраиваются сами в структуру фага. Эти каталитические gps включали gp31. Бактерия E. coli является хозяином для фага Т4, и кодируемый фагом белок gp31, по-видимому, функционально гомологичен белку чапарона E. coli GroES и способен замещать его при сборке вирионов фага Т4 во время инфекции. Роль белка gp31, кодируемого фагом, по-видимому, заключается во взаимодействии с белком GroEL, кодируемым хозяином E. coli, чтобы способствовать правильной укладке и сборке главного капсидного белка фаговой головки фага, gp23.