5.10 : Amyloid Fibrils

Białka składają się w korzystne energetycznie struktury, z hydrofobowymi aminokwasami w środku i naładowanymi i polarnymi aminokwasami na zewnątrz. Niektóre białka łatwo się fałdują same, ale wiele z nich jest kierowanych do prawidłowego składania przez białka zwane białkami opiekuńczymi.

Czasami białka składają się w niewłaściwe kształty, często określane jako nieprawidłowo sfałdowane białka, które są degradowane przez proteasom.

Nieodpowiedni nadzór komórkowy, taki jak niedziałające białka opiekuńcze lub proteasomy spowodowane starzeniem się lub chorobą, może powodować, że białka pozostają w nieprawidłowych kształtach.

Mutacje mogą powodować nieprawidłowe fałdowanie białek, jeśli oryginalny kształt białka staje się mniej korzystny.

Czynniki zewnętrzne, takie jak zmiany fizyczne lub chemiczne w cytoplazmie, zmuszają prawidłowo pofałdowane białka do tworzenia nowych struktur, odpowiednich dla nowego środowiska.

Niezależnie od mechanizmu, nieprawidłowe fałdowanie może odsłonić krótkie, hydrofobowe segmenty białka, powodując, że staje się ono nierozpuszczalne w wodzie. Niektóre z tych hydrofobowych segmentów, które normalnie składają się w alfa-helisy, mogą składać się w arkusze beta.

Setki arkuszy beta w identycznych, nieprawidłowo sfałdowanych białkach tworzą wiązania wodorowe i układają się w długie, włókna. Dwa ciasno upakowane stosy arkuszy beta łączą się, tworząc krzyżowe włókno beta.

W tej strukturze poszczególne arkusze beta leżą prostopadle do osi środkowej. Włókna te mogą agregować, tworząc włókienka amyloidowe.

Nagromadzenie włókien amyloidowych zaobserwowano w niektórych stanach neurodegeneracyjnych, takich jak choroby Alzheimera i Parkinsona. Choroby prionowe, takie jak choroba Creutzfeldta-Jacoba u ludzi i gąbczasta encefalopatia bydła, powszechnie znana jako choroba szalonych krów, również wiążą się z tworzeniem włókienek amyloidowych.

Jedno szczególne białko prionowe, PrP, jest białkiem błony nerwowej. Nieprawidłowo złożone PrP mogą przekształcić normalne PrP w nietypowe kształty. Wszystkie PRP ostatecznie przyjmują nieprawidłową strukturę.

Nieprawidłowo sfałdowane PrP zawierają arkusze beta, a zatem mają tendencję do agregacji i tworzenia włókienek amyloidowych. Ta zakaźna forma tworzenia amyloidu jest związana ze śmiertelną neurodegeneracją.

Jednak nie wszystkie fibryle amyloidowe są szkodliwe. Niektóre bakterie wykorzystują fibryle amyloidowe na swojej powierzchni do tworzenia ochronnych biofilmów. Co więcej, eukarionty budują odwracalne fibryle amyloidowe, aby pakować i przechowywać białka wydzielnicze, dopóki komórka nie będzie musiała ich uwolnić.

Zrozumienie tych odwracalnych amyloidów może pomóc nam w opracowaniu metod leczenia nieodwracalnych agregatów amyloidowych.