Механизмы белкового транспорта

Мембранные структуры клетки активно участвуют во внутри­клеточном транспорте белков. После синтеза белков на рибосомах в цитозоле эукариотических клеток эти белки должны быть доставлены для их работы в необходимые органеллы (или за пределы клетки).

Существует три основных механизма, с помощью которых клетка решает эту задачу (рисунок 76).

1. Белок после синтеза и фолдинга в неизменном виде доставляется в нужную органеллу через специализированные поры в мембранах. Такой вид доставки называется управляемый транспорт (gated transport).

2. Трансмембранная транслокация (transmembrane translocation} белков, в ходе которой полипептид сначала денатурируется, затем полипептидная цепочка протягивается через одну или несколько мембран, а затем снова происходит фолдинг функционального белка.

3. Везикулярное движение (vesicular trafficking белков, в ходе которого от мембраны отпочковывается везикула, в состав которой входят транспортируемые белки.

Рисунок 76- Механизмы внутриклеточного транспорта белков

С помощью управляемого транспорта, например, в ядро клетки через ядерные поры доставляются все белки. Трансмембранная транслокация обеспечивает доставку синтезированных в цитозоле белков в пероксисомы, митохондрии и хлоропласты. Везикулярное движение обеспечивает доставку белков в лизосомы и секрецию белков из клетки.

Адресация белков обеспечивается наличием в их структуре специ­альных сортировочных сигналов (sortingsignal^.

Сразу после окончания синтеза белка рибосомой в цитозоле, когда он является просто полипептидом, сортировочными сигналами являются последовательности аминокислот на концах белковой цепи, которые называют нацеливающими последовательностями (targeting sequences или localization sequence^.

Для белков, которые синтезируются на мембранах шероховатого эндоплазматического ретикулума, дополнительные сортировочные сигналы (sorting signal^ (такие, как сахара или фосфатные группы) могут быть добавлены с помощью специализированных ферментов в цистернах аппарата Гольджи в ходе посттрансляционной модификации белков.

Такие сигналы обычно представляют собой специфические лиганды, которые распознаются рецепторными белками, а эти рецепторные белки с присоединёнными к ним транспортируемыми белками, в свою очередь, присоединяются к мембранным транслокационным комплексам соответ­ствующего компартмента.

Нацеливающие последовательности белка, которые представляют собой цепочку из 3-80 аминокислот, тоже распознаются специализиро­ванными рецепторами, которые доставляют данный белок к соответст­вующим транслокационным комплексам. После доставки в нужный компартмент нацеливающие последовательности обычно отрезаются от белковой цепи специализированными ферментами.

Одними из наиболее изученных нацеливающих последовательно­стей являются сигнальные пептиды (или сигнальные последовательно­сти, signal sequence^ - цепочки из 5-15 преимущественно гидрофобных аминокислот. Наличие такой сигнальной последовательности в синтези­руемом белке вынуждает рибосому присоединиться к эндоплазматиче­скому ретикулуму, и синтезируемая белковая цепь направляется не в цитозоль, а в люмен ретикулума.

Другой пример нацеливающей последовательности - сигнал импор­тирования {import signal} для белков, которые должны быть перемещены из цитозоля в матрикс митохондрии. Этот сигнал представляет собой це­почку из 20-80 аминокислот, формирующих амфипатическую полярную а-спираль, у которой положительно заряженные аминокислоты выстрое­ны с одной стороны спирали, а гидрофобные аминокислоты - с другой.

Для нацеливания белков в ядро клетки определена последователь­ность из пяти положительно заряженных аминокислот.

Для переноса белков в пероксисому служит пероксимальная нацеливающая последовательность Ser-Lys-Lys-COOH - С-конечный трипептид.

Существуют также сортировочные сигналы, которые не способ­ствуют перемещению белка, а наоборот, служат сигналом о том, что белок уже доставлен к месту назначения и никуда далее его не следует перемещать. Например, белки с так называемой KDEL-последова- тельностью Lys-Asp-Glu-Leu-COOH на С-конце остаются в эндоплазма­тическом ретикулуме и не должны удаляться из него везикулярным транспортом.

Иллюстрацией вышесказанного может быть кальций-связывающий белок гладкого эндоплазматического ретикулума калретикулин {calcium­binding protein of the endoplasmatic reticulum - calreticuliii), чья первичная структура изображена на рисунке 77.

17 аминокислот

(NH₂ jMLLSVPLLLGLLGLAVAFPAVYFKEQFLDGDGWTSRWIESKHKSDFGKFVLSSGKF

YGDEEKDKGLQTSQDARFYALSASFEPFSNKGQTLVVQFTVKHEQNIDCGGGYVKLFP

NSLDQTDMHGDSEYNIMFGPDICGPGTKKVHVIFNYKGKNVLINKDIRCKDDEFTHLYT

LIVRPDNTYEVKIDNSQVESGSLEDDWDFLPPKKIKDPDASKPEDWDERAKIDDPTDSKP

EDWDKPEHIPDPDAKKPEDWDEEMDGEWEPPVIQNPEYKGEWKPRQ1DNPDYKGTWIH

PEIDNPEYSPDPSIYAYDNFGVLGLDLWQVKSGTTFDNFUTNDEAYAEEFGNETWGVTK

AAEKQMKDKQDEEQRLKEEEEDKKRKEEEEAEDKEDDEDKDEDEEDEEDKEEDEEED

VPGQA.KDEL(COOH)

4 аминокислоты

Рисунок 77- Аминокислотная последовательность калретикулина

Первые семнадцать аминокислот на N-конце калретикулина явля­ются сигнальной последовательностью, которая инициирует транслока­цию белка в люмен эндоплазматического ретикулума, а последние четыре аминокислоты - последовательность KDEL - не позволяет белку уйти из ретикулума. Между этими сортировочными сигналами располагается первичная структура функционального белка.

8.2.