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
 

Адресование (таргетинг) белков в эндоплазматическом ретикулуме клетки

• Сигнальные последовательности адресуют новообразующиеся (синтез которых начался и еще не завершился), секреторные и мембранные белки в ЭПР для последующей транслокации

• Белки транспортируются через мембрану ЭПР по водным каналам, которые могут открываться и закрываться

• Секреторные белки полностью проходят через мембрану ЭПР; трансмембранные белки в нее интегрируются

• Перед выходом из ЭПР белки модифицируются и приобретают нативную конформацию при участии ферментов и шаперонов, содержащихся в люмене

При направлении новообразующихся (насцентных) белков на секреторный путь в клетке возникают следующие проблемы. Во-первых, эти белки должны узнаваться и располагаться в определенных местах транслокации на мембране ЭПР. Этот процесс известен под названием адресование (таргетинг) белка. Далее, они должны либо полностью (в случае растворимых белков), либо частично (в случае мембранных белков) проникать через мембрану ЭПР.

При этом между люменом эндоплазматического ретикулума (ЭПР) и цитозолем не должен происходить обмен другими молекулами. Наконец, после транслокации все белки должны приобрести нативную структуру, а во многих случаях они также должны быть модифицированы или объединены в комплексы с другими белками в люмене ЭПР. В настоящем разделе рассматриваются все эти вопросы.

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) представляет собой лишь одну из нескольких мембранных органелл адресной доставки. К числу остальных относятся митохондрии, хлоропласты, пероксисомы и ядро. Белки, которые предназначены для функционирования в составе ЭПР, должны отличаться от белков, поступающих в другие органеллы или остающихся в цитозоле. В клетке все эти белки различаются с помощью сигнальных последовательностей. Они представляют собой последовательности аминокислот в составе первичной структуры белка, которые узнаются специальным механизмом, расположенном на органелле-мишени.

Как иллюстрирует рисунок ниже, с помощью сигнальных последовательностей белки направляются к определенным органеллам по тому же принципу, как сортируется корреспонденция с использованием почтового кода, и для каждой органеллы используется свой тип сигнальной последовательности.

Этапы начала секреторного пути
Три основных процесса, затрагивающих ново-образующиеся секреторные и мембранные белки в ЭПР:
1) адресование,
2) транслокация и
3) образование нативной структуры и модификация.

Механизм, позволяющий идентифицировать сигнальную последовательность для эндоплазматического ретикулума (ЭПР), определяет способ переноса белка. Наиболее распространенной формой переноса белка в ЭПР является котрансляционный перенос. Эта транслокация происходит во время синтеза белка на рибосомах, связанных с мембраной ЭПР. Она начинается после того, как сигнальная последовательность узнается в цитозоле особым комплексом, известным под названием сигнал-распознающая частица, или SRP.

SRP соединяется с сигнальной последовательностью и позиционирует белок и синтезирующую его рибосому на ЭПР. Это осуществляется за счет взаимодействия с рецептором (белком, который специфически связывается с SRP), расположенным на мембране ЭПР. Однако некоторые сигнальные последовательности ЭПР не взаимодействуют с SRP. Поэтому такие белки транслоцируются посттрансляционно, после завершения своего синтеза в цитозоле. Различные клетки в разной степени используют эти две формы транслокации белков.

В клетках млекопитающих, в большинстве случаев происходит котрансляционный перенос, а у более простых эукариот, например у дрожжей Saccbaromyces cerevisiae, используются обе формы.

Когда белок позиционируется на эндоплазматический ретикулум (ЭПР), он должен пройти через липидный бислой, окружающий органеллу. Это осуществляется по каналу, который представляет собой водный путь через гидрофобную мембрану. Канал, вместе с ассоциированными белками, называется транслокон. Такое название подчеркивает сложный, интегральный характер этой транслокационной машины. Функционирование канала обеспечивается воротным механизмом, т. е. он открывается только в момент переноса образующегося (насцентного) белка. Воротный механизм также предотвращает прохождение через канал других метаболитов, например небольших молекул, ионов и других белков, и обеспечивает возможность для цитозоля и внутренней части ЭПР существовать как отдельные компартменты.

Каким образом осуществляется воротный механизм? Сигнальная последовательность цепи ново-образующегося белка взаимодействует с белками канала. Это вызывает конформационные изменения и открытие канала, причем белковая цепь начинает проникать вглубь поры. Канал открывается только после позиционирования транспортируемого белка и не реагирует на цитозольный белок, случайно оказавшийся на мембране ЭПР. Важно также, что он открывается настолько, чтобы пропустить белковую цепь в развернутом состоянии и при этом не дать возможность другим молекулам одновременно пройти через канал. Поскольку канал контролируется самой новообразующейся полипептидной цепью, то в ее отсутствие он остается закрытым. Тем самым постоянно поддерживается барьер, создаваемый мембраной ЭПР.

Адресование белков клетки
Сигнальные последовательности, специфические для каждой органеллы,
обеспечивают белкам возможность адресно распределяться по клетке.
Белки, которые синтезируются без сигнальной последовательности, остаются в цитоплазме.

К началу транслокации насцентные трансмембранные белки должны быть отсортированы от белков, которым необходимо пройти через канал полностью. Подобно узнаванию сигнальной последовательности, эта сортировка осуществляется самим каналом. Транспорт через липидный бислой прекращается, когда трансмембранный домен, который должен представлять собой гидрофобный сегмент, интегрированный в липидный бислой, узнается транслоконом и перемещается из канала в липидный бислой в латеральном направлении. Для одного полипептида этот процесс может повторяться много раз, и благодаря ему возникает сложная топология мембранных белков многократно пронизывающих мембрану (топология относится к ориентации белка по отношению к мембране).

Для секреторных и трансмембранных белков перенос сопровождается модификацией полипептидной цепи. Например, большая часть сигнальных последовательностей удаляется на ранних этапах транслокации. Ко многим белкам после переноса присоединяются углеводные остатки. Часть белков расщепляется перед окончанием транслокации, и продукты расщепления ковалентно связывается с фосфолипидами.

Наконец, после транслокации, каждый белок должен приобрести нативную структуру. Это обеспечивается несколькими белками, содержащимися в ЭПР. Некоторые из них, называемые молекулярными шаперонами, связываются с новообразующимися белками и предупреждают образование неправильной структуры или их агрегацию. Другие способствуют образованию дисульфидных связей, обеспечивающих нативную структуру, или облегчают сборку мультимерных комплексов.

Вместе все они образуют систему контроля качества, которая обеспечивает образование правильной нативной структуры белков и их сборку в ЭПР. С системой контроля качества тесно связана система ретроградной транслокации, которая узнает белки с неправильной структурой и возвращает их в цитозоль для деградации. Только после прохождения всех стадий контроля качества секреторные и мембранные белки могут покинуть ЭПР и транспортироваться дальше по секреторному пути к местам конечной локализации.

Воротный механизм канала транслокации
Канал транслокона функционирует как ворота, которые обычно закрыты,
но открываются в присутствии субстрата транслокации.
Ворота открываются лишь настолько, чтобы дать возможность проникнуть белковой цепи.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

- Также рекомендуем "Сигнальные последовательности связывания белков с эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР)"

Оглавление темы "Биология клетки":
  1. Строение и функционирование натрий-калиевой АТФазы
  2. Строение и функционирование F1F0-АТФ-синтазы
  3. Строение и функционирование протонных насосов (H+-АТФазы, V-АТФазы)
  4. Современные возможности изучения ионных каналов
  5. Вывод и применение уравнения Нернста
  6. Механизмы входящего выпрямления калиевых каналов мембраны клетки
  7. Развитие муковисцидоза (кистозного фиброза) при мутации гена анионного канала CFTR
  8. Секрекция и адресование белков в клетке
  9. Адресование (таргетинг) белков в эндоплазматическом ретикулуме клетки
  10. Сигнальные последовательности связывания белков с эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР)
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.