МедУнивер - MedUniver.com Все разделы сайта Видео по медицине Книги по медицине Форум консультаций врачей  
Рекомендуем:
Генетика:
Генетика
Аномалии хромосом
Биология клетки
Генетика врожденных пороков
Генетика рака - опухолей
Молекулярная генетика
Наследственные синдромы
Цитогенетика - исследование хромосом
Лечение наследственных болезней
Фармакогенетика
Форум
 

Броуновский храповый механизм транслокации белка за счет энергии АТФ

• Энергия, необходимая для посттрансляционной транслокации, поставляется при гидролизе АТФ, который происходит в люмене ЭПР при участии белка BiP

• Об источнике энергии, необходимой для котрансляционной транслокации, известно меньше, однако это может быть тот же самый источник, что и для посттрансляционной транслокации

• У бактерий в большинстве случаев транслокация осуществляется посттрансляционно, через канал, эволюционно близкий к комплексу Sec61

За счет чего происходит транслокация в люмен эндоплазматического ретикулума (ЭПР)? В экспериментах по исследованию переноса флуоресцентных проб через мембрану микросомальных везикул было показано, что рибосома настолько прочно связывается с каналом, что перенос цепи в люмен любым другим путем, исключая канал, становится невозможным.

Однако исследование комплекса рибосома-транслокон в электронном микроскопе позволило предположить, что между рибосомой и каналом существует промежуток. В биохимических экспериментах было показано, что во многих случаях при переносе белковая цепь оказывается в цитозоле, и т. о. транслокация в ЭПР происходит не всегда. Вместе с тем, подобный механизм не объясняет, как при посттрансляционном позиционировании возможно продвижение белка по транслокационному каналу.

Хотя определенную роль в «проталкивании» новообразованной цепи в люмен ЭПР может играть рибосома, в настоящее время кажется более вероятным, что движение цепи направляется белками люмена. Это предположение высказано на основании изучения механизма посттрансляционной транслокации. Хотя источник энергии для осуществления котрансляционной транслокации остается пока неизвестным, роль гидролиза АТФ в посттрансляционной транслокации исследована в достаточной степени и обсуждается в настоящем разделе. Не исключено, что аналогичный механизм реализуется и при котрансляционной транслокации.

Источником энергии для посттрансляционной транслокации белков в ЭПР служит АТФ, который гидролизуется белком hsp70 BiP, находящимся в люмене. Этот белок позиционируется на посттрансляционном канале за счет обратимого связывания с доменом Sec63p, который также локализуется со стороны люмена. Как показано на рисунке ниже, свободный полипептид за счет беспорядочного броуновского движения может двигаться в канале в двух направлениях.

Как постулирует механизм транслокации, носящий название модель броуновского храпового колеса, функция BiP заключается в связывании с растущей цепью по мере ее выхода из канала. Такое связывание предотвращает ее поступление назад, в цитозоль (белок BiP находится в скрученной форме, так что он не проходит через канал). По мере выхода в люмен очередного участка цепи он связывается с новой молекулой BiP, и таким образом осуществляется процесс транслокации. Следовательно, BiP обеспечивает продвижение белковой цепи в одном направлении. Энергия гидролиза АТФ расходуется на усиление взаимодействия BiP с белком, а в дальнейшем, при обмене АДФ/АТФ. происходит диссоциация BiP и субстрата. В пользу этой модели свидетельствуют эксперименты, в которых было показано, что удаление BiP из люмена ЭПР приводит к нарушению транслокации, однако при добавлении в люмен любых сравнительно больших молекул, способных связывать новообразующуюся цепь, транслокация возобновляется.

Возможно даже, что скручивание новообразующейся цепи в люмене может препятствовать ее попаданию назад, в цитозоль. При этом предполагается, что белки, склонные к сворачиванию, переносятся легче, чем белки, которые во время значительного периода транслокации остаются в нескрученном состоянии (хотя это не доказано). Для того чтобы предложенная модель функционировала нормально, необходимо, чтобы при образовании связи цепи с каналом перед началом транслокации разорвалась связь цепи с hsp70 и другими белками цитозоля. В противном случае цепь с одинаковой вероятностью может остаться вне ЭПР или пройти в канал. Однако взаимодействие цепи с белками цитозоля в процессе транслокации пока не исследовано. Стоит заметить, что единственные белки, абсолютно необходимые для транслокации, представлены комплексами Sec6l и SR, но эффективность переноса для большинства белков очень низкая при таком минимуме белков. По-видимому, это связано с тем, что в люмене отсутствуют белки, способные облегчить продвижение цепей.

В отличие от модели транслокации по принципу броуновского храпового колеса, модель активного протягивания предполагает, что гидролиз АТФ вызывает кон-формационные изменения в белке BiP, которые приводят к активному протягиванию связанной цепи через канал. По такому механизму происходит посттрансляционный импорт белков в митохондрии. Хотя посттрансляционная транслокация некоторых белков в ЭПР может происходить по броуновскому храповому механизму, цепи определенной структуры или связанные с hsp70 в цитозоле переносятся по механизму активного протягивания.

Поскольку протягивание (образование тянущей силы) молекулы по каналу трудно воспроизвести экспериментально, пока сложно оценить роль, которую играют обе модели в посттрансляционной транслокации.

Хотя в настоящем разделе в основном рассматривается транслокация белков в эукариотических клетках, проблема сортировки белков важна и для прокариот, которые также образуют секреторные и мембранные белки. Посттрансляционная транслокация характерна для бактерий Е. coli. Она напоминает посттрансляционную транслокацию у дрожжей в том отношении, что субстраты заранее не образуют нативной структуры, и узнавание сигнальной последовательности происходит внутри канала.

Так же как и у эукариот, транслокация у бактерий происходит по водному каналу, который в основном состоит из трех белков, вместе называемых комплексом SecYEG. Белок SecY представляет собой бактериальный гомолог Sec61p и Sec61a. Однако, поскольку у бактерий нет органелл окруженных мембранами, белки переносятся непосредственно через плазматическую мембрану. Следствием этого является то, что источником энергии служит белок SecA (SecAp), действующий с цитозольной стороны мембраны, а не с противоположной ее части, как это имеет место у эукариот при посттрансляционной транслокации. Одна из возможных моделей функционирования SecAp представлена на рисунке ниже.

Модель предполагает, что этот белок, расположенный с цитозольного конца канала, неоднократно входит в канал, каждый раз втягивая в канал и высвобождая из него новый участок субстрата. Связывание и высвобождение полипептида белком SecA происходят за счет цикла гидролиза АТФ. Неизвестно, почему в перерыве между функционированием SecAp полипептидная цепь не поступает назад, в цитозоль. Существование у прокариот трансмембранного электрохимического потенциала служит дополнительным фактором, облегчающим транслокацию, хотя механизм этого остается малопонятным.

Сравнение между собой котрансляционного, посттрансляционного и бактериального путей транслокации показывает, что основные механизмы переноса белков через мембраны являются консервативными и в то же время могут адаптироваться к разнообразным условиям. Во всех случаях сохраняется фундаментальная особенность процесса — перенос через водный канал. Однако субстраты, а также пути их позиционирования и переноса по каналу различаются между собой.

Броуновский храповый механизм транслокации белка
После непродолжительного взаимодействия с Sec62/63 молекулы BiP связывается с новообразующимся полипептидом.
Поскольку белок BiP слишком большой для того, чтобы поместиться в канале,
он позволяет полипептиду проходить внутрь канала, но ограничивает его продвижение назад, в цитоплазму.
Каждая молекула BiP в люмене захватывает новый участок полипептида.
Посттрансляционная транслокация у бактерий
Белок SecAp расположен с цитоплазматической стороны канала.
Он многократно связывается с новообразующимся полипептидом и постепенно вставляет его в канал, что в конце концов приводит к транслокации всего белка.
При этом один домен белка SecAp периодически проникает в канал и выходит из него.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Образование и выход трансмембранных белков клетки"

Оглавление темы "Синтез белка в клетке":
  1. Последовательность SRP - частицы распознающей сигнал
  2. Связывание SRP с рецептором при закреплении белков на мембране ЭПР
  3. Строение канала транслокации белков из ЭПР
  4. Сопряжение трансляции и транслокации белков из ЭПР
  5. Посттрансляционная транслокация и транслоконы
  6. Броуновский храповый механизм транслокации белка за счет энергии АТФ
  7. Образование и выход трансмембранных белков клетки
  8. Ориентация и интеграция трансмембранных белков
  9. Механизм удаления сигнальной последовательности сигнальной пептидазой (SPC)
  10. Добавление гликозилфосфатидилинозитола (ГФИ) к белкам
Медунивер Мы в Telegram Мы в YouTube Мы в VK Форум консультаций врачей Контакты, реклама
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.