Среди постсинтетических преобразований молекулы белка важную роль играют нековалентные видоизменения. Они составляют основное содержание процессов, обеспечивающих правильную укладку длинной полипептидной цепи в элементы вторичной и третичной структур. Конечно, оптимальные варианты вторичной структуры и характер их взаиморасположения в значительной мере предопределены особенностями аминокислотной последовательности. Однако, поскольку цепь строится постепенно, начальным ее отрезкам непросто дождаться полного завершения процесса, чтобы иметь возможность взаимодействовать и с конечными ее фрагментами (а не создавать локальные «фигуры», каких нет в нативном белке). Препятствовать «рискованным» контактам фрагментов в пределах еще недостроенной цепи призваны молекулярные шапероны (в очень вольном переводе -молекулы-наставницы). Так называют семейство особых клеточных белков, которые, образуя нековалентный комплекс с растущей полипептидной цепью, как бы «предостерегают» от ошибочных вариантов ее сворачивания, особенно тех, что могли бы зафиксироваться слабыми типами связи или дисульфидными мостиками. Удерживая незавершенный белок от неудачных случайностей, шапероны обеспечивают более легкое и быстрое складывание высших структур сразу же в правильном виде (а не методом проб и ошибок). Они ускоряют фол- динг, но не влияют на конечный результат, ибо общая архитектура молекулы уже предопределена характером первичной структуры.
Нередко третичная структура белка фиксируется не только слабыми типами связи, но и дисульфидными мостиками. В таких случаях эффект шаперонов дополняется действием протеиндисульфид-изомеразы. Этот фермент осуществляет перегруппировку дисульфидных связей, устанавливая их в позиции, свойственные нативному белку.
Важность шаперонной функции стала очевидной при изучении прионов (белковые молекулы, которые при попадании в организм с пищей вызывают заболевания, подобные инфекциям, — такие как «болезнь коровьего бешенства», куру у человека, почесуха у овец и мышей). Хотя механизм инфекционности прионов не вполне ясен, уже установлено, что они могут отличаться от своих нормальных эквивалентов всего лишь (!) необычностью пространственной организации полипептидной цепи. Аномальность высших структур не только стабильна, но и препятствует ферментативному расщеплению пептидных связей. Так, у одного из прионов обнаружена высокая доля (3-складок, которых вовсе нет в нормальной молекуле с абсолютно такой же первичной структурой. Более того, при совместной инкубации молекулы нормального белка тоже приобретают аномальную конфигурацию приона. Эти факты позволяют предполагать, что именно шапероны защищают от спонтанного возникновения прионных модификаций нормального белка.
Участие в фолдинге - не единственная функция шаперонов. Установлено, что они могут содействовать и восстановлению нативно- сти клеточных белков, находящихся на начальных (обратимых) стадиях денатурации (см. раздел 1.10). Ее вызывают, в частности, тепловые воздействия. Было замечено, что быстрый нагрев культуры E. coli до 42 °С сопровождается всплеском синтеза клеточных белков. Их назвали белками теплового шока. Выяснилось, что они являются шаперонами. Временное усиление их биосинтеза вызывают и иные неблагоприятные воздействия (такие как ультрафиолет, ионизирующая радиация, азотистое голодание). Поэтому возник более широкий синоним - белки стресса.
Помимо перечисленного, шапероны участ- вуют также в мечении состарившихся белков (для последующей их деградации); в формировании четвертичной структуры («состыковка» субъединиц); в трансмембранной проводке ряда белковых молекул; в контроле конформацион- ных переходов активная/неактивная форма белка. Такому многообразию функций соответствует специализация разных групп шаперонов.