Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 43
Текст из файла (страница 43)
(Печатается с любезного разрешенияд-ра Nigel Unwin.)стице имеется выступ, вдающийся в мембрану (рис. 29.41). Шероховатый ЭР (вотличие от гладкого ЭР) содержит дватрансмембранных белка, называемых рибофоринами, которые специфически взаимодействуют с большой рибосомной субчастицей.В связи с синтезом и дальнейшей судьбойбелков, образованных на рибосомах ЭР,возникают три основных вопроса.1. Существует ли два класса рибосом свободные рибосомы цитозоля и связанныес мембранами рибосомы - или все рибосомыпо сути одинаковы? Если существует толькоодин класс рибосом, чем определяется,остается ли данная рибосома свободной илисвязывается с шероховатым ЭР?2.
Каким образом новообразованная полипептидная цепь, выходящая из связаннойс мембраной рибосомы, преодолевает барьерпроницаемости шероховатого ЭР? Например, такие секреторные белки, как проферменты поджелудочного сока (разд. 8.1),вскоре после синтеза обнаруживаются в полости ЭР.3.
Чем определяется судьба белка, синтезированного на связанной с мембраной рибосоме? Некоторые из этих белков экспортируются из клетки, тогда как другие предназначены для органелл внутри клетки. Крометого, белки синтезированные шероховатымЭР, обнаруживаются в качестве составнойчасти плазматической и внутриклеточныхмембран.29.30. Сигнальные последовательностипозволяют секреторным белкам проходитьчерез мембрану эндоплазматическогоретикулумаРис.
29.41.Связанная с мембраной рибосома. Это изображение низкого разрешения получено методом реконструкции на основеанализа ряда электронныхмикрофотографийупорядоченных рибосом, сделанныхпод различными углами. (Посхеме, любезно предоставленной д-ром Nigel Unwin.)Исследования белоксинтезирующей активности рибосом в бесклеточных системах дали ответ на первый вопрос. Выделяли свободные рибосомы из цитозоля и добавлялиих к препарату мембран шероховатого ЭР,с которых были удалены рибосомы. Эта реконструированная система в присутствиисоответствующих мРНК и других растворимых факторов активно синтезировала секреторные белки. Точно так же рибосомы,полученные из препарата шероховатого ЭР,проявляли нормальную активность при синтезе белков, которые остаются в цитозоле.Кроме того, никаких структурных различиймежду свободными рибосомами и рибосо29.
Хромосомы и выражениегенов у эукариот157Рис. 29.42.Гипотеза сигнальной последовательности,образующейсяпри биосинтезе секреторныхи мембранных белков. Согласно этой гипотезе, N-концеваяпоследовательность новообразованной полипептидной цепи(показана красным) привязывает рибосому к мембране ЭР.Затем сигнальная последовательность удаляется пептидазой, расположенной на внутренней стороне ЭР. (Blobel G.In: International Cell Biology,Brinkley B. R., Porter K. R., eds.,Rockefeller Univ. Press, N.
Y.,1977, p. 318.)мами, полученными из шероховатого ЭР, необнаруживалось. Следовательно, связанныес мембранами рибосомы и свободные рибосомы, по сути, одинаковы. Остается ли данная рибосома свободной или прикрепляетсяк шероховатому ЭР, определяется толькоприродой белка, который она синтезирует.Какая же особенность синтезирующегосябелка определяет, плавает ли ассоциированная с ним рибосома свободно в цитозолеили связывается с мембраной ЭР? В 1970 г.Дэвид Сабатини и Гюнтер Блобел (DavidSabatini, Gunter Blobel) постулировали, чтосигналом прикрепления служит последовательность аминокислотных остатков, прилегающая к N-концу новообразующейся полипептидной цепи.
Вскоре эта гипотеза сигнальной последовательности (рис. 29.42) на158Часть IV.Информацияшла подтверждение в работах Сезара Милстайна и Джорджа Браунли (Cesar Milstein,George Brownlee), показавших, что иммуноглобулиновая цепь, синтезированная in vitroсвободными рибосомами, содержит N-концевую последовательность из 20 остатков,которой нет в зрелом белке, синтезированном in vivo. Затем Блобел обнаружил, чтовсе основные секреторные белки поджелудочной железы, синтезированные in vitro насвободных рибосомах, содержат на N-концедополнительные фрагменты длиной околодвадцати аминокислот. В настоящее времясигнальные последовательности многих секреторных белков расшифрованы.
Ониимеют длину от 15 до 30 остатков и содержат много неполярных аминокислот(рис. 29.43).Гидрофобные сигнальные последовательности, видимо, принимают конформации,которые узнаются белками мембраны ЭР,образующими каналы. По всей вероятно-Рис. 29.43.Сигнальные последовательности двух секреторных белков.Гидрофобные остатки отмечены желтым.
Место расщепления указано красной чертой.Сокращения, принятые для обозначения сахаров:Fuc - фукозаGal - галактозаGlc - глюкозаGlcNAc - N-ацетилглюкозаминМаn - маннозаNAN - N-ацетилнейраминидат (сиаловая кислота)сти, новообразующиеся полипептидные цепиактивно протягиваются через канал в ЭР помере синтеза. Затем особая пептидаза отшепляет сигнальные последовательности навнутренней стороне ЭР (см. рис. 29.42).
Новообразующиеся цепи, которые должныстать составной частью мембраны, по-видимому, содержат специальные последовательности, блокирующие перенос полипептида через мембрану ЭР до тех пор, покасинтез не доходит до С-конца. В случае жесекреторных белков, наоборот, через мембрану ЭР транспортируется вся полипептидная цепь.Главная особенность механизма сигнальныхпоследовательностейсостоитв том, что перенос полипептида через мембрану ЭР сопряжен с трансляцией. Однаконекоторые белки могут пересекать мембрану уже после того, как их синтез завершен.Например, белки митохондрий и хлоропластов в большинстве своем кодируютсяядерными генами и синтезируются па свободных рибосомах.
Эти белки выходят в цитозоль и затем проходят через мембрануорганеллы. Очевидно, транспорт этих белков происходит посттрансляционно, а не вовремя трансляции. Интересно отметить, чтоэти митохондриальные и хлоропластныебелки, подобно секреторным белкам, содержат N-концевые последовательности, которые удаляются вскоре после их проникновения через мембрану.степени предопределять судьбу гликопротеина. Обычно гликопротеин содержит однуили несколько олигосахаридных групп, присоединенных к аспарагиновым боковым цепям N-гликозидными связями. Реже сахараприкрепляются к сериновым или треониновым боковым цепям О-гликозиднымисвязями.
Непосредственно с остатками аспарагина всегда связан N-ацетилглюкозамин, тогда как к серину и треонину присоединяется N-ацетилгалактозамин.В гликопротеинах встречаются самыеразнообразные олигосахариды (рис. 29.44).Однако в основе этого разнообразия лежитобщий план строения: углеводные остатки,29.31.
Присоединение сахарных остатков«ядра» к гликопротеинам происходитв эндоплазматическом ретикулумепри участии донора долихолаПочти ко всем белкам, синтезированнымрибосомами, связанными с ЭР, присоединяются ковалентно связанные углеводныеостатки. Растворимые белки, синтезируемые свободными рибосомами в цитозоле, наоборот, почти никогда не связаныс углеводами. Как уже упоминалось (разд.10.12), остатки сахара, очевидно, ориентируют гликопротеины в мембранах. Крометого, углеводные группы могут в какой-то29. Хромосомы и выражениегенов у эукариот159присоединенные к остаткам аспарагина (через атом азота), имеют общее внутреннееолигосахаридное «ядро».
Этот повторяющийся мотив отражает способ биосинтезаолигосахаридной части гликопротеинов: общий олигосахаридный блок (рис. 29.45) переносится с активирующего липидного переносчика на растущую полипептидную цепь навнутренней стороне мембраны ЭР. Переносчикомслужитдолихолфосфат - липидс очень длинной цепью, содержащий околодвадцати изопреновых (С5) остатков.Концевая фосфатная группа этого весьмагидрофобного переносчика - место прикрепления активированного олигосахарида.Рис. 29.44.Структура олигосахаридногоостатка, связанного с аспарагином в человеческом иммуноглобулине (А) и в тиреоглобулине свиньи (Б).К долихолфосфату присоединяется олигосахаридный блок, состоящий из двухостатков N-ацетилглюкозамина, девятиманноз и трех глюкоз.
Его образование идетпутем последовательного присоединениямоносахаридов (рис. 29.46).Рис. 29.45.Структура активированногоолигосахаридного «ядра» (показано синим цветом). Переносчик (показан желтым цветом) - долихолфосфат (Дх).Активированные доноры сахаров в этих реакциях - производные UDP, GDP и долихола. Ряд специфических трансфераз катализирует синтез активированного олигосахаридного «ядра». Затем оно переносится целиком на определенный остаток аспарагинарастущей полипептидной цепи.
Активированный олигосахарид и специфическая160Часть IV.Информациятрансфераза расположены на внутреннейстороне ЭР. Об этом свидетельствует тотфакт, что белки в цитозоле не гликозилированы. Олигосахарид может быть присоединен только к такому аспарагину, которыйвходит в последовательность Asn-X-Ser илиAsn-X-Thr. В большинстве случаев два изтрех остатков глюкозы присоединенногоолигосахарида быстро удаляются, когдагликопротеин еще связан с ЭР.При переносе олигосахарида на белок высвобождается долихолпирофосфат,который под действием фосфатазы снова превращается в долихолфосфат. Это превращение блокируется антибиотиком бацитрацином (разд.
32.6). Еще один интересныйантибиотик-ингибитор - туникамицин,гидрофобныйаналогUDP-N-ацетилглюкозамина. Туникамицин блокирует первыйэтапобразованияолигосахаридного«ядра» - присоединениеN-ацетилглюкозамина к долихолфосфату.29.32. Модификация и сортировкагликопротеинов происходит в аппаратеГольджиБелки, находящиеся во внутреннем пространстве ЭР и в его мембране, переносятсяв аппарат Гольджи - стопку уплощенныхмембранных мешков (рис.
29.47). В этой органелле олигосахаридное «ядро» гликопротеинов удаляется и к ним присоединяютсяновые сахара. Кроме того, аппарат Гольджисортирует и упаковывает гликопротеиныдля транспортировки в другие участки клетки. Гликопротеины доставляются из ЭРк выпуклой поверхности аппарата Гольджив пузырьках диаметром 500 А, окруженныхоболочкой, покрытой чем-то вроде щетинок(рис. 29.48). Эта оболочка представляет собой многогранную решетчатую структуру,состоящую из субъединиц клатрина массой180 кДа (рис.
29.49). Эти так называемыеокаймленные пузырьки отпочковываются отЭР и затем сливаются с аппаратом Гольджи. Кроме того, они переносят мембранныебелки от вогнутой поверхности аппаратаГольджи в лизосомы, к плазматическоймембране и в другие участки клетки. К томуже окаймленные пузырьки переносят белкии липиды от плазматической мембранык внутренним мембранам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
