Часть 3 (1129751), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Как сигнальные последовательности ЭР направляют рибосомы в мембрану ЭР. По-видимому, SRP и ее рецептор работают согласованно.SRP одновременно связывается с доступной сигнальной последовательностью ЭР и рибосомой, вызывая паузу трансляции. Рецептор SRP в мембранеЭР, состоящий из двух разных полипептидных цепей, связывает SRP-рибосомный комплекс и направляет его в транслокатор. В мало изученной реакцииSRP и ее рецептор высвобождаются, оставляя рибосому прикрепленной к транслокатору в мембране ЭР.
Затем транслокатор встраивает полипептиднуюцепь в мембрану и переносит ее через липидный бислой. Поскольку один из белков SRP и обе цепи рецептора SRP содержат GTP-связывающие домены,считается, что конформационные перестройки, происходящие во время цикла связывания и гидролиза GTP (см. главу 15), обеспечивают высвобождениеSRP только после достаточно крепкого связывания рибосомы с транслокатором в мембране ЭР. Транслокатор закрыт до связывания с ним рибосомы,поэтому барьер проницаемости мембраны ЭР никогда не нарушается.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 12391240Часть IV. Внутренняя организация клеткиМембраносвязанные и свободные рибосомы структурно и функционально идентичны.Они отличаются только синтезируемыми в данный момент времени белками.Поскольку с единственной молекулой мРНК может связаться несколько рибосом, обычно образуется полирибосома, которая прикрепляется в мембране ЭРпосредством сигнальных последовательностей нескольких растущих полипептидных цепей (рис. 12.41, а).
Отдельные рибосомы, связанные с такой молекулоймРНК, могут после окончания трансляции возвращаться в цитозоль и смешиватьсяс пулом свободных рибосом. Однако сама мРНК остается связанной с мембранойЭР через сменяющие друг друга рибосомы, каждая из которых лишь на короткийпромежуток времени связывается с транслокатором (рис. 12.41, б).12.5.4. Полипептидная цепь проходит через водную пору транслокатораДолгое время обсуждали, как белок переносится в люмен ЭР: взаимодействуетли он напрямую с липидным бислоем или проходит через пору в белковом транслокаторе. В конце концов, идентифицировали транслокатор, образующий заполненнуюводой пору в мембране, через которую проходит полипептидная цепь.
Ядро транслокатора, носящего название комплекса Sec61, состоит из трех высококонсервативныхсубъединиц, мало отличающихся у бактерий и эукариотических клеток. Недавнос помощью рентгеноструктурного анализа расшифровали структуру комплекса Sec61.Согласно полученным данным α-спирали самой большой субъединицы окружаютцентральную пору, через которую, по-видимому, полипептидная цепь пересекаетмембрану (рис. 12.42). Воротами поры служит короткая спираль, которая, предположительно, закрывает транслокатор, когда с ним не связаны рибосомы, и отходитот поры, когда через нее проходит полипептидная цепь.
Согласно этой точке зрения, пора является динамической воротной структурой, которая открывается лишьвременно, когда полипептидная цепь пересекает мембрану. При свободном транслокаторе важно держать пору закрытой, чтобы мембрана оставалась непроницаемойдля ионов, например, Ca2+, который в противном случае утечет из ЭР.Структура комплекса Sec61 указывает на то, что пора также может открываться сбоку по шву между субъединицами.
Благодаря этому становится возможнымлатеральное прохождение транспортирующейся пептидной цепи в гидрофобнуюсердцевину мембраны. Этот процесс играет важную роль в высвобождении отщепленного сигнального пептида в мембрану (см. рис. 12.38) и интеграции мембранныхбелков в бислой, как мы обсудим позже.В эукариотических клетках четыре комплекса Sec61 образуют крупный транслокаторный агрегат, который можно визуализировать на рибосомах после солюбилизации детергентом мембран ЭР (рис. 12.43). Вероятно, не все четыре комплексаSec61 эукариотического транслокатора напрямую участвуют в транслокации белка.Некоторые из них могут быть неактивными, создавая сайты связывания рибосом и вспомогательных белков, помогающих полипептидной цепи сворачиватьсяпри входе в ЭР.
Согласно одной из гипотез, связанная рибосома тесно состыкованас транслокатором, и в результате ее внутреннее пространство продолжает люменЭР. Благодаря этому ни одна молекула не может покинуть ЭР. С другой стороны,структура комплекса Sec61 указывает на то, что пора транслокатора может образовывать плотно прилегающую к транслоцируемой цепи диафрагму, не позволяющуюдругим молекулам выйти из ЭР.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1241Рис. 12.41. Свободные и мембраносвязанные рибосомы.(а) Общий пул рибосом синтезирует как белки, остающиесяв цитозоле, так и белки, транспортирующиеся в ЭР. Сигнальная последовательность ЭР на синтезируемой полипептидной цепи связывается с SRP, которая направляет транслирующую рибосому в мембрану ЭР. Молекула мРНК навсегдаостается связанной с ЭР в составе полирибосомы, а рибосомы, движущиеся вдоль нее, рециркулируют; в концекаждого цикла белкового синтеза рибосомные субчастицывысвобождаются и возвращаются в общий пул в цитозоле.(б) Электронная микрофотография тонкого среза полирибосом, прикрепленных к мембране ЭР.
Плоскость среза черезЭР в некоторых местах практически параллельна мембране,благодаря чему видна розеточная структура рибосом. (б,с любезного разрешения George Palade.)1242Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 12.42. Структура комплекса Sec61. (а) Вид сверху на комплекс Sec61 археи Methanococcus jannaschiiс цитоплазматической стороны мембраны. α-субъединица комплекса Sec61 показана красным и синим;меньшие по размеру субъединицы β и γ показаны серым.
Предполагают, что желтая короткая спиральобразует «заглушку», закрывающую пору, когда транслокатор неактивен. При открывании комплексперестраивается, и спираль отходит в сторону. Считается, что пора комплекса Sec61 также способнаоткрываться в бок по шву между субъединицами. (б) Модель открытого и закрытого состояний транслокатора, показывающая, как сигнальная последовательность может высвобождаться в мембранупосле открывания шва.
(а, из B. van der Berg et al., Nature 427: 36–44, 2004. С любезного разрешенияиздательства Macmillan Publishers Ltd.)12.5.5. Транслокация через мембрану ЭР не всегда требует элонгации полипептидной цепиКак мы видели, транслокация белков в митохондрии, хлоропласты и пероксисомы происходит посттрансляционно, после того как белок синтезировался и высвободился в цитозоль. Транслокация через мембрану ЭР, наоборот, происходитво время трансляции (котрансляционно). Это объясняет, почему рибосомы связаныс ЭР, но не с другими органеллами.Некоторые полностью синтезированные белки, однако, импортируются в ЭР,указывая на то, что транслокация может протекать и после завершения трансляции.
Посттрансляционная транслокация белков часто встречается в мембране ЭРдрожжей и бактериальной плазматической мембране (которая, предположительно,эволюционно родственна ЭР; см. рис. 12.4). Для проведения пострансляционнойтранслокации транслокатору необходимы сопутствующие белки, которые проталкивают полипептидную цепь в пору и обеспечивают транслокацию энергией(рис. 12.44). У бактерий двигательный белок транслокации, АТPаза SecA, прикрепляется к цитоплазматической стороне транслокатора, где она претерпеваетконформационные перестройки за счет энергии гидролиза АТP.
При гидролизеодной молекулы АТP часть белка SecA входит в пору транслокатора, протаскиваявместе с собой короткий участок транспортируемого белка. В результате за счеттакого храпового механизма белок SecA постепенно проталкивает полипептиднуюцепь транспортируемого белка через мембрану.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1243Рис. 12.43. Рибосома, связанная с эукариотическим транслокатором белков. (а) Реконструкция комплекса по микроскопическим изображениям, вид сбоку. (б) Транслокатор со стороны люмена ЭР. Предполагается, что транслокатор состоит из четырех копий комплекса Sec61. (в) Схематическое изображениесвязанной с мембраной рибосомы, прикрепленной к транслокатору, с каналом в большой рибосомнойсубъединице, через который растущая полипептидная цепь выходит из рибосомы (см. рис. 6.70).
(г) Схематическая модель возможной сборки четырех комплексов Sec61 и различных сопровождающих белковв транслокатор. Красными точками показаны сайты прикрепления рибосом, видные на реконструкцииизображений электронного микроскопа, а красными кругами — положения выходных отверстий рибосомных каналов. Неизвестно, какие из комплексов Sec61 активно участвуют в процессе транслокациибелков. Домены вспомогательных белков пересекают мембрану и образуют видимый на (а) выступв люмене ЭР. (а, б и в, адаптировано из J. F. Ménétret et al., J.
Mol. Biol. 348: 445–457, 2005. С любезногоразрешения издательства Academic Press.)Эукариотические клетки используют другой набор сопутствующих белков,связывающихся с комплексом Sec61. Эти белки встроены в мембрану ЭР и используют небольшой домен на люминальной стороне мембраны ЭР для прикрепленияHsp70-подобного шаперона (носящего название BiP, от «binding protein» — белоксвязывания) к полипептидной цепи по мере ее выхода из поры в люмен ЭР. Циклысвязывания и высвобождения BiP служат движущей силой ненаправленной транслокации так же, как это происходит в случае митохондриальных белков Hsp70,протаскивающих белки через мембрану митохондрий.Белки, транспортируемые в ЭР по посттрансляционному механизму, сначалавысвобождаются в цитозоль, где они связываются с шаперонами для предотвращенияфолдинга, как описано ранее для белков митохондрий и хлоропластов.1244Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 12.44.
Три способа протекания транслокации через структурно подобные транслокаторы. (а) Котрансляционная транслокация. Рибосома доставляется к мембране SRP и ее рецептором и взаимодействуетс белковым транслокатором Sec61. Растущая полипептидная цепь протаскивается через мембрану помере синтеза. Дополнительной энергии не требуется, поскольку единственный доступный для растущей цепи путь — через мембрану.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
