Plegamiento de las proteínas in vivo: las chaperonas

Estas chaperonas aumentan la velocidad del plegamiento y, lo más importante, direccionan el plegamiento de tal manera que se pliegan correctamente. Se reconocen dos familias generales de chaperonas:

Una proteína que se encuentre mal plegada puede ser perjudicial para la célula, por lo tanto, ésta procede rápidamente a su degradación.

Plegamiento de proteínas mediado por chaperonas y chaperoninas.

En esta figura vemos un ribosoma que empieza a sintetizar una proteína. Este péptido naciente que emerge de la subunidad mayor del ribosoma puede tener en su secuencia de aminoácidos restos no polares (es decir, secuencias del tipo hidrofóbicas).
El ribosoma puede encontrarse libre en el citosol o unido a un translocón en la membrana del RE. Sea cual fuere el medio, el interior del translocón o el citosol, es un medio acuoso, por lo tanto, si se expone una secuencia hidrófoba a un medio acuoso, energéticamente es desfavorable, y puede ocurrir que la proteína comience a agregarse (esto es que se pliegue en una forma errónea) para disminuir esta alta energía libre que se expone cuando los restos hidrofóbicos se encuentran en medio acuoso.
Entonces, a medida que la cadena polipeptídica va emergiendo, las Hsp70 (que se encuentran unidas a ATP) se van uniendo a dominios de unión a secuencias hidrofóbicas y evita que la proteína se pliegue de manera errónea.
Quizás la proteína precisa estar completamente sintetizada para plegarse correctamente pero si a medida que se va formando se agrega, no se va a poder plegar correctamente.

Aquí vemos el proceso con más detalle. Tenemos el ribosoma y de él emerge una cadena polipeptídica, una proteína parcialmente plegada.
La Hsp70 es una proteína que contiene dos dominios: un dominio que se une a la cadena polipeptídica y un dominio que se une a ATP.
A medida que nace la cadena polipeptídica, ésta expone secuencias hidrofóbicas. El dominio unidor de secuencias hidrofóbicas se une a los dominios hidrofóbicos de la cadena polipeptídica, y luego con la ayuda de co-chaperonas (DnaJ/Hsp40) se induce la hidrólisis de ATP en la chaperona Hsp70.
En general, la hidrólisis de ATP induce cambios conformacionales. Entonces, el ATP se hidroliza a ADP generando un cambio conformacional en la Hsp70. Esto hace que el dominio unidor de secuencias hidrofóbicas se cierre sobre la cadena polipeptídica para protegerla del entorno. Es decir que hay tantas chaperonas Hsp70 como dominios hidrofóbicos contenga la cadena polipeptídica.
Una vez que la cadena polipeptídica se encuentra plegada, hay una proteína intercambiadora de ATP (GrpE/BAG1), que son co-chaperoninas que favorecen el intercambio de ADP por ATP induciendo así un cambio conformacional que permite la liberación de la cadena polipeptídica correctamente plegada.

Este es otro ejemplo. Esta es la chaperona Hsp90. Aquí podemos ver la utilización del ATP.
Esta chaperona posee un dominio unidor de ADP (azul) y un dominio unidor de secuencias hidrofóbicas de la cadena polipeptídica (naranja). Básicamente es lo mismo que lo expuesto anteriormente:
Cuando el dominio unidor de ADP intercambia ADP por ATP, produce un cambio conformacional, el cual permite la interacción del dominio unidor de secuencias hidrofóbicas con la cadena polipeptídica. La interacción de este dominio con la proteína, genera un cambio conformacional que permite que se acerquen los dominios unidores de ATP; y estos dominios de ATP al acercarse generan la hidrólisis del ATP a ADP, generando un cambio conformacional, y esto produce la apertura de la chaperona y la liberación de la cadena polipeptídica correctamente plegada.

Las chaperoninas son agrupaciones macromoleculares.


Poseen dos cámaras. Estas cámaras no funcionan al mismo tiempo, funciona una o la otra. En cada una de estas cámaras, por un mecanismo que se desconoce, ocurre el proceso de plegamiento (se comportan como máquinas de plegamiento de proteínas). La cadena polipeptídica es sintetizada por los ribosomas. Esta cadena se encuentra parcialmente plegada y es captada por una de las cámaras donde será plegada correctamente.
Entonces, la cadena polipeptídica es captada por la cámara superior (o inferior) y en un paso que depende de la hidrólisis de ATP, con una co-chaperonina (GroES), se produce el plegamiento de esta proteína dentro de la cámara.
Una vez que ocurre el plegamiento de la proteína, se hidroliza el ATP, y la proteína ya correctamente plegada es liberada. Puede suceder que se pliegue parcialmente, que sea liberada sin su conformación correcta, y deba repetir el proceso hasta quedar correctamente plegada para que pueda así cumplir su función.

NOTA: Las chaperoninas más conocidas y caracterizadas se encuentran en bacterias pero se han encontrado chaperoninas en células eucariontes (en citosol y RE).