Часть 3 (1129751), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Также через них происходит свободная диффузия малых молекул.Рис. 12.6. Упрощенная «карта» движения белков. Белки могут мигрировать из одного компартментав другой посредством воротного (красный), трансмембранного (голубой) или везикулярного транспорта(зеленый). Сигналы сортировки, направляющие движение данного белка через систему и, следовательно,определяющие его конечную локализацию в клетке, содержатся в аминокислотной последовательностикаждого белка. Путешествие начинается с синтеза белка на рибосоме цитозоля и заканчивается, когдабелок достигает места своего назначения. В каждой промежуточной точке (рамки) принимается решениео том, должен ли белок остаться в этом компартменте или транспортироваться дальше.
В принципе, сигналсортировки может требоваться либо для удержания белка, либо для его выхода из компартмента.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 11972. При трансмембранном транспорте трансмембранные транслокаторы белковнапрямую переносят определенные белки через мембрану из цитозоля в топологически отличное пространство. Транспортируемые белковые молекулы обычно должныразвернуться, чтобы пройти через транслокатор. Таким образом происходит, например, транспорт некоторых белков из цитозоля в люмен ЭР или митохондрии.3. При везикулярном транспорте замкнутые мембранные транспортные интермедиаты, которыми могут быть маленькие сферические транспортные везикулыили более крупные фрагменты органелл неправильной формы, переправляют белкииз одного компартмента в другой.
Транспортные везикулы и фрагменты заполняются молекулами из люмена компартмента по мере того, как те отпочковываютсяот его мембраны; они избавляются от своего «груза» во втором компартменте,сливаясь с окружающей его мембраной (рис. 12.7). Например, по этому механизму происходит перенос растворимых белков из ЭР в аппарат Гольджи. Посколькутранспортируемые белки не проходят через мембрану, при помощи везикулярноготранспорта может происходить миграция белков только между топологически эквивалентными компартментами (см. рис. 12.5).Каждый вид переноса белков обычно направляется сигналами сортировкив транспортируемом белке, которые узнаются комплементарными рецепторами.Например, если нужно импортировать в ядро крупный белок, чтобы он прошелчерез ядерный поровый комплекс, он должен нести сигнал сортировки, узнаваемыйрецепторными белками.
Если белок должен быть напрямую перенесен через мембрану, он должен обладать сигналом сортировки, узнаваемым мембраннымитранслокаторами. Точно так же, еслибелок находится в определенном типевезикул или фрагменте органеллы,комплементарный рецептор соответствующей мембраны должен узнатьего сигнал сортировки.В этой и следующей главах мычасто будет обращаться к этому рисунку в качестве путеводителя, выделяя цветом определенный путь,рассматриваемый в данный момент.Рис. 12.7. Отпочковывание и слияние пузырьков во время везикулярного транспорта.
Транспортные пузырьки отпочковываютсяот одного компартмента (донора) и сливаютсяс другим (мишенью). В процессе растворимоесодержимое (красные точки) переноситсяиз люмена в люмен. Обратите внимание, чтомембрана также переносится, и что исходнаяориентация как белков, так и липидов в мембране донорного компартмента сохраняетсяв мембране компартмента-мишени. Таким образом, мембранные белки сохраняют своюасимметричную ориентацию, т. е. одни и те жедомены сообщаются с цитозолем.1198Часть IV. Внутренняя организация клетки12.1.4. Сигнальные последовательности направляют белкипо правильному клеточному адресуБольшинство белковых сигналов сортировки содержатся в короткой аминокислотной последовательности длиной 15–60 остатков.
Эти сигнальные последовательности часто располагаются на N-конце; специализированные сигнальныепептидазы удаляют сигнальную последовательность из законченного белка, послетого как процесс сортировки завершается. Сигнальные последовательности такжемогут располагаться внутри белка, оставаясь его частью. В некоторых случаяхсигналы сортировки состоят из нескольких внутренних аминокислотных последовательностей, формирующих специфическую трехмерную атомную структуруна поверхности белка, носящую название сигнального участка.Каждая сигнальная последовательность специфически определяет место назначения в клетке.
Белки, которые сначала должны быть транспортированы в ЭР,несут сигнальную последовательность на N-конце, которая включает в себя характерную последовательность 5–10 гидрофобных аминокислот. Многие из этих белков затем перейдут из ЭР в аппарат Гольджи. Но те белки, у которых на C-концерасполагается характерная последовательность из четырех аминокислот, узнаютсякак постоянные белки ЭР и возвращаются туда. Белки, которые должны попастьв митохондрии, несут сигнальные последовательности еще одного типа — в нихположительно заряженные аминокислоты чередуются с гидрофобными.
Наконец,белки пероксисом несут на C-конце сигнальную последовательность, состоящуюиз трех характерных аминокислот.В таблице 12.3 представлены некоторые специфические сигнальные последовательности. Эксперименты, в которых методами генетической инженерии пептидпереноситсят с одного белка на другой, показали важность каждой из этих сигнальных последовательностей в транспорте белков.
Например, прикрепление N-концевойсигнальной последовательности белка ЭР к N-концу цитоплазматического белкаТаблица 12.3. Некоторые типичные сигнальные последовательностиФункция сигнальнойпоследовательностиИмпорт в ядроЭкспорт из ядраИмпорт в митохондрииИмпорт в пластидыИмпорт в пероксисомыИмпорт в ЭРВозврат в ЭРПример сигнальной последовательности-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-Аsp-Ile+H N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala3Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu+H N-Met-Val-Ala-Met-Ala-Met-Ala-Ser-Leu-Gln-Ser-Ser-Met-Ser3Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-Ser-Аsn-Ser-Phe-Leu-Gly-Gln-Pro-Leu-SerPro-Ile-Тhr-Leu-Ser-Pro-Phe-Leu-Gln-Gly-Ser-Lys-Leu-COO+H N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe3Тrp-Аla-Тhr-Glu-Аla-Glu-Gln-Leu-Тhr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln-Lys-Аsp-Glu-Leu-COOПримечание. Цветом обозначены некоторые характерные свойства различных классов сигнальныхпоследовательностей.
Важные для функционирования сигнальной последовательности положительнозаряженные аминокислоты показаны красным, отрицательно заряженные — зеленым. Точно так жеважные гидрофобные аминокислоты показаны белым, важные гидроксилированные аминокислоты —синим.
+H3N обозначает N-конец белка; COO — С-конец.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1199перенаправляет этот белок в ЭР. Таким образом, сигнальные последовательности — необходимое и достаточное условие эффективного распределения белков.Несмотря на то что их аминокислотные последовательности могут значительноизменяться, сигнальные последовательности всех белков, имеющих одно и то жеместо назначения, функционально взаимозаменяемы; физические свойства, такиекак гидрофобность, часто играют бóльшую роль в процессе узнавания сигнала, чемсама аминокислотная последовательность.Сигнальные последовательности узнают комплементарные рецепторы сортировки, направляющие белки в соответствующее место локализации, где рецепторыизбавляются от своего груза.
Рецепторы функционируют каталитически: послезавершения одного цикла транспорта они возвращаются в исходную точку для повторного использования. Большинство рецепторов сортировки узнает классы белков,а не отдельные их виды. Таким образом, их можно рассматривать как системыобщественного транспорта, направленные на доставку различных компонентовв правильное место их локализации в клетке.В приложении 12.1 описаны основные пути изучения механизмов транслокациибелков через мембраны и того, как они направляются из цитозоля в определенныйкомпартмент.12.1.5. Большинство органелл невозможно создать de novo: для этого требуется информация, заключенная в самой органеллеКогда клетка воспроизводит саму себя путем деления, она должна удвоить своиорганеллы. В общем случае клетки делают это путем включения новых молекул в ужесуществующие органеллы, увеличивая их; затем увеличенные органеллы делятсяи распределяются по двум дочерним клеткам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
