Транспорт белков через эндоплазматический ретикулум (ЭПР) и аппарат Гольджи
Основные положения:
• Все белки, локализованные в ЭПР, аппарате Гольджи или в плазматической мембране, при синтезе вначале связываются с ЭПР.
• Белки переносятся из одного компартмента в другой при участии мембранных везикул, которые отпочковываются от поверхности одной мембраны и сливаются с поверхностью следующей.
• Транспорт белков из окружающей среды в клетку происходит в обратном направлении при участии везикул.
Интеграция белка в мембрану или его трансмембранный транспорт являются своеобразными событиями. Если белок должен пройти через несколько мембран, то его связывание с мембраной происходит на начальном этапе процесса транспорта. После этого он остается в мембранном окружении и транспортируется от одной мембраны к другой в везикуле.
Это, например, характерно для белков, исходно ассоциированных с ЭПР, но в конце высвобождающихся из плазматической мембраны. Аналогичная система используется для транспортировки белков как из клетки, так и в клетку.
Экзоцитоз представляет собой процесс, посредством которого белки транспортируются к плазматической мембране или во внеклеточную среду (обзор путей экзоцитоза).
Некоторые белки секретируются конститутивно, т. е. после синтеза они всегда выходят из клетки. Другие, продуцируемые некоторыми специализированными клетками, например пищеварительные ферменты, выходят только после получения клеткой соответствующего сигнала.
При попадании в ЭПР белок остается в мембране или в люмене до тех пор, пока он не переместится в другую часть системы с участием везикул, или не поступит обратно в цитозоль, где подвергнется деградации.
Перенос белков между компартментами,
ограниченными мембраной, происходит при отпочковывании от одного компартмента везикулы,
содержащей белки, и последующим ее слиянием с мембраной другого компартмента.
Транспортные везикулы представляют собой мелкие пузырьки (обычно 100-200 нм в диаметре), которые образуются при «отпочковывании» от мембраны (представления о везикулярном транспорте белков). Пузырек отпочковывается от поверхности одной мембраны и мигрирует к другой мембране, с которой он сливается.
Транспортные пузырьки называются окаймленными везикулами, поскольку их мембрана окружена белковой оболочкой. Различные типы везикул различаются между собой по составу оболочки, которая участвует в позиционировании и отборе транспортируемых белков.
Растворимые белки переносятся из донорного в акцепторный компартмент, находясь внутри везикулы; а мембранные белки переносятся в составе мембраны везикулы. Это означает, что белок может транспортироваться из ЭПР в аппарат Гольджи сквозь стопки Гольджи и к плазматической мембране.
Импорт белков в клетку также происходит с участием окаймленных везикул. Они образуются на плазматической мембране и поступают в клетку; этот процесс носит название эндоцитоз. Эндоцитоз происходит по тому же механизму, что и экзоцитоз, но протекает в обратном направлении.
Транспортные везикулы перемещают белки через ЭПР,
аппарат Гольджи и плазматическую мембрану.
Везикулы, которые отпочковываются от плазматической мембраны, включают материал из внеклеточной среды и возвращают его в плазматическую мембрану. Везикулы, которые осуществляют эндоцитоз, отличаются от везикул экзоцитоза составом белковой оболочки.
Некоторые патогенные микроорганизмы поникают в клетку хозяина посредством эндоцитоза; действительно, митохондрии и хлоропласта своим происхождением обязаны эндоцитозу. На рисунке ниже представлены аналогичные механизмы для транспорта вновь синтезированных белков по механизму экзоцитоза и для импорта белков в клетку по механизму эндоцитоза.
В каждом случае белок может транспортироваться при прохождении серии событий отпочковывания и слияния по мере того, как он мигрирует с поверхности одной мембраны на другую.
Один из результатов этого процесса состоит в том, что по мере протекания процессов отпочковывания и слияния происходит постоянное перемещение компонентов от одной мембраны к другой. С количественной точки зрения, при экзоцитозе переносится больше материала, чем при эндоцитозе, и прямой (антероградный) транспорт приводит к сплошному потоку липидов от ЭПР к плазматической мембране. За счет ретроградного транспорта, пустые везикулы возвращают липиды обратно в мембраны. Это обеспечивает целостность мембран.
Везикулярный транспорт белков представляет собой высокоспецифичный процесс. Основной принцип отбора состоит в том, что белок узнается по наличию специфического сигнала (чаще всего это короткая последовательность аминокислот) и включается в везикулу для дальнейшего транспорта. При отсутствии такого сигнала белок остается в компартменте, в котором он находится, или же продвигается медленнее. Отпочковывающиеся везикулы могут селективно включать белки, подлежащие транспорту, оставляя на местах резидентные белки органеллы.
