3.9: Білковий кінез

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5153

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Білки є основними будівельними блоками життя. Еукаріотичні клітини синтезують білки для тисяч різних функцій. Деякі приклади:

для побудови компонентів цитозолю (наприклад, мікротрубочки, гліколітичні ферменти);
будувати рецептори та інші молекули, що піддаються впливу на поверхню клітини, вбудованої в плазматичну мембрану;
постачати деякі компоненти мітохондрій і (в рослинні клітини) хлоропласти;
білки, що виділяються з клітини для забезпечення потреб інших клітин і тканин (наприклад, колагени для підтримки клітин, гормони, щоб сигналізувати про них).

Всі білки синтезуються рибосомами за допомогою інформації, закодованої в молекулах месенджерної РНК (мРНК). Цей процес називається перекладом і описаний у розділі Переклад генів: РНК -> Білок. Наше завдання тут полягає в тому, щоб дослідити способи доставки цих білків до потрібних місць призначення.

Різні призначення для білків відбуваються у двох основних наборах: (1) один набір для тих білків, синтезованих рибосомами, які залишаються підвішеними в цитозолі, і (2) другий набір для білків, синтезованих рибосомами, які прикріплені до мембран ендоплазматичного ретикулуму (ER), утворюючи «грубу» ендоплазматичний ретикулум» (РЕР). Ця електронна мікрофотографія (люб'язно надано Кітом Портером) показує RER в клітині підшлункової залози кажана. Більш чіткі області - це просвіти. Отже, перше рішення, яке повинно бути прийнято як рибосома починає переводити мРНК в поліпептид, полягає в тому, чи залишатися вільним у цитозолі або зв'язуватися з ЕР.

Шляхи через ендоплазматичний ретикулум (ER)

Рішення про введення ЕР продиктовано наявністю сигнальної послідовності на зростаючому поліпептиді. Послідовність сигналу складається з першої частини подовжується поліпептидного ланцюга (тому послідовність сигналу відбувається на амінотерміналі поліпептиду). Типові послідовності сигналів містять 15-30 амінокислот. Точна послідовність амінокислот дивно змінюється від одного білка до іншого, але всі послідовності сигналів включають багато гідрофобних амінокислот.

Якщо послідовність сигналів присутня,

переклад припиняється після його синтезу.
Послідовність сигналу розпізнається і пов'язана частинкою розпізнавання сигналу (SRP).
Комплекс рибосоми з його зароджується поліпептидом і SRP зв'язується з рецептором на поверхні (зверненої до цитозолю) ЕР.
SRP залишає і переклад відновлюється.
Зростаюча поліпептидна ланцюг видавлюється через пори в ER-мембрані і в просвіт ЕР.
Послідовність сигналу зазвичай відсікається від поліпептиду, якщо поліпептид не повинен зберігатися як цілісний мембранний білок.
Інші білки, звані молекулярними шаперонами, присутні в просвіті ЕР, пов'язують зростаючу поліпептидну ланцюг і допомагають їй складатися в правильну третинну структуру.
До білка можуть додаватися залишки цукру. Процес називається глікозилюванням і часто має важливе значення для правильного складання кінцевого продукту, глікопротеїну.

Примітка

1999 Нобелівська премія з фізіології або медицини була присуджена доктору Гюнтеру Блобелю за відкриття послідовності сигналів та інших внутрішніх сигналів, які дозволяють білкам досягати належного призначення.

Місця призначення білків, синтезованих в ЕРС

Є два варіанти.

білки, глікозильовані залишками маннозо-6-фосфату, залишать Гольджі в транспортних везикулах, які з часом зливаються з лізосомами (шлях 2 на рис. 3.9.1).
білки, які не отримують цей маркер, залишають в транспортних везикулах, які з часом зливаються з плазматичною мембраною (шлях 1 на рис. 3.9.1). Це інтегральні мембранні білки, які оголюються на поверхні клітини (утворюючи рецептори тощо) і білки в розчині всередині транспортної бульбашки. Вони розряджаються з осередку. Цей секреторний процес називається екзоцитозом.

Частка розпізнавання сигналу (SRP)

Частинка розпізнавання сигналу в клітині ссавців виготовляється з:

одна мала (7S) молекула РНК
шість різних молекул білка

Він містить сайти зв'язування для послідовності сигналів, рибосому та рецептор SRP, також званий док-білком, на цитозольній поверхні мембран ER.

Напрямки білків, синтезованих вільними рибосомами

Рибосоми, що синтезують білок без сигнальної послідовності, не зв'язуються з ЕР і продовжують синтез до завершення поліпептиду. Шаперони також присутні в цитозолі, які допомагають білку припустити його остаточну тривимірну конфігурацію. Деякі з важливих напрямків для цих білків:

Сам цитозол. Такі білки, як ферменти гліколізу, тубуліни для виготовлення мікротрубочок, актин для виготовлення мікрофіламентів просто вивільняються з рибосоми і йдуть на роботу.
Ядро. Багато білків - гістони, фактори транскрипції та рибосомальні білки є помітними прикладами - повинні переміщатися з цитозолу у внутрішню частину ядра. Вони орієнтовані на ядро своєю послідовністю ядерної локалізації, послідовністю 7—41 амінокислот, з яких характерними членами є основні амінокислоти лізин і аргінін. Ці білки активно транспортуються через пори в ядерній оболонці всередину.
Мітохондрії. Хоча мітохондріон має власний геном і білково-синтезуючий механізм, більшість білків, які використовуються мітохондріями, є білками, призначеними для мітохондріон, містять характерну послідовність сигналів. Це визнається і пов'язане шапероном, який називається фактором стимуляції мітохондрій (MSF). MSF націлює білок на рецептор, вбудований у зовнішню мембрану мітохондріона. Інші фактори і рецептори передають білки через міжмембранний простір до внутрішньої мітохондріальної мембрани (наприклад, деякі білки ланцюга транспорту електронів) і матрицю.
- кодується генами в ядрі клітини
- синтезується в цитозолі
- необхідно імпортувати в мітохондріон.
Хлоропласти. Хлоропласти, як і мітохондрії, мають свій геном і власну білково-синтезуючу машину. Але також, як і мітохондрії, більшість білків, що використовуються в хлоропластах, кодуються генами в ядрі клітини, синтезуються рибосомами в цитозолі, а потім повинні бути імпортовані в хлоропласт. Білки, призначені для хлоропластів, розпізнаються за їх характерною послідовністю транзиту. Чаперони також потрібні, щоб доставити їх до кінцевого пункту призначення: строма, тилакоїдна мембрана і т.д.
пероксисоми. Білки, призначені для пероксисоми, синтезуються з p ероксисомальним t, що орієнтується на сигнал (PTS), який зв'язується з молекулою рецептора, яка приймає білок у пероксисому, а потім повертається для іншого навантаження.
Виявлено два пероксисомальних сигнали націлювання:
Кожен має свій рецептор, щоб прийняти його до пероксисоми.
- 9-амінокислотна послідовність на N-терміналі білка
- трипептид на C-терміналі.