A medida que se sintetizan en la célula, la mayoría de las proteínas no se pliegan espontáneamente en su conformación nativa, sino que requieren una clase especial de proteínas llamadas chaperonas para ayudar a plegarlas.

De los varios tipos de chaperonas moleculares que se encuentran en procariotas y eucariotas, las dos familias principales son las proteínas de choque térmico: hsp70 y hsp60.

En una proteína correctamente plegada, los parches hidrofóbicos están enterrados en el interior.

En las proteínas mal plegadas, los parches hidrofóbicos están expuestos. Dichos parches en diferentes moléculas de proteínas pueden unirse entre sí, lo que lleva a una agregación irreversible de proteínas.

Las chaperonas reconocen estos parches hidrofóbicos expuestos y evitan la agregación de proteínas, lo que facilita el plegamiento de las proteínas.

La maquinaria hsp70 a menudo actúa antes de que la proteína abandone el ribosoma, y cada monómero unido a ATP reconoce un pequeño tramo de aminoácidos hidrofóbicos en la superficie de una proteína.

Un conjunto de proteínas hsp40 más pequeñas interactúa con este complejo y desencadena la hidrólisis de ATP. Como resultado, partes de hsp70 se unen como mandíbulas, atrapando la proteína desplegada en su interior.

A continuación, el ATP se une al complejo de nuevo induciendo la disociación de hsp70 y liberando el polipéptido unido, lo que le da la oportunidad de volver a plegarse. Si el plegamiento no ocurre lo suficientemente rápido, el polipéptido puede unirse nuevamente y el proceso se repite hasta que la proteína se pliega en su conformación nativa.

Alternativamente, un polipéptido completamente sintetizado y parcialmente plegado puede ser administrado a una chaperonina.

Las chaperoninas son grandes complejos de proteínas en forma de barril que proporcionan una cámara aislada para el plegamiento de proteínas, con la mitad del barril simétrico operando en una proteína cliente a la vez.

En E. coli, el sistema de chaperonina se llama GroEL/GroES, mientras que su análogo eucariota se llama Hsp60.

Una proteína mal plegada es capturada por interacciones hidrofóbicas con la superficie expuesta de la abertura. Esta unión inicial a menudo ayuda a desplegar una proteína mal plegada.

Una vez que la proteína está dentro, la unión de ATP sella la cámara con una tapa.

El interior de la cámara está revestido con superficies hidrofílicas, donde la proteína puede plegarse de forma aislada.

La hidrólisis de ATP debilita la unión de la tapa y la unión de moléculas adicionales de ATP expulsa la tapa.

La proteína sustrato, plegada o no, se libera de la cámara.

La conformación nativa de una proteína se forma por interacciones entre las cadenas laterales de sus aminoácidos constituyentes. Cuando los aminoácidos no pueden formar estas interacciones, la proteína no puede plegarse por sí misma y necesita chaperonas. En particular, las chaperonas no transmiten ninguna información adicional necesaria para el plegamiento de polipéptidos; La conformación nativa de una proteína está determinada únicamente por su secuencia de aminoácidos. Las chaperonas catalizan el plegamiento de proteínas sin ser parte de la proteína plegada.

Los polipéptidos desplegados o parcialmente plegados, que a menudo son intermediarios en la vía de plegamiento, son estabilizados por chaperonas, lo que lleva al estado final correctamente plegado. Sin chaperonas, los polipéptidos desplegados o parcialmente plegados pueden plegarse mal o formar agregados insolubles. Esto se observa particularmente en proteínas en las que se requiere el carboxilo o C-terminal para el correcto plegamiento del extremo amino o N-terminal. En tales casos, una chaperona puede unirse y estabilizar la parte N-terminal del polipéptido en una conformación desplegada hasta que el resto de la cadena peptídica se sintetiza y toda la proteína puede plegarse correctamente.

Las chaperonas también pueden estabilizar las cadenas polipeptídicas desplegadas a medida que se transportan a los orgánulos subcelulares. Por ejemplo, durante la transferencia de proteínas a las mitocondrias desde el citosol, es más fácil que las conformaciones parcialmente desplegadas se transporten a través de la membrana mitocondrial. Durante el transporte, los polipéptidos parcialmente desplegados son estabilizados por chaperonas.

Además, las chaperonas juegan un papel importante en el ensamblaje de proteínas que tienen una estructura compleja, como las proteínas de múltiples subunidades. Estas proteínas comprenden múltiples cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales debe plegarse correctamente y luego ensamblarse de una manera específica. En los procesos involucrados, las chaperonas ayudan en el plegamiento de proteínas y la estabilización de componentes no asociados, mientras que otras partes de la proteína están en proceso de ensamblaje.

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