Часть 3 (1129751), страница 84
Текст из файла (страница 84)
(б) Посттрансляционная транслокация в эукариотических клетках.К транслокатору Sec61 прикреплен дополнительный комплекс, состоящий из белков Sec62, Sec63, Sec71и Sec72 и перекидывающий молекулы BiP на транслоцирующуюся цепь по мере ее входа в люмен ЭР.АТP-зависимые циклы связывания и высвобождения BiP проталкивают белок в люмен. Это напоминаетмеханизм митохондриального импорта, показанный на рис.
12.26. (в) Посттрансляционная транслокацияу бактерий. Законченная полипептидная цепь с цитоплазматической стороны проталкивается в транслокатор в плазматической мембране АТPазой SecA. Зависимые от гидролиза АТP конформационныеперестройки запускают поршневое движение в SecA, в результате чего в каждом цикле через пору транслокатора проходит около 20 аминокислот. Sec-зависимый путь транслокации белков через мембранухлоропластов идет по подобному механизму (см. рис. 12.29, б).Транслокатор Sec61, SRP и рецептор SRP встречаются у всех организмов,SecA — только бактерий, а белки Sec62, Sec63, Sec71 и Sec72 — только у эукариотических клеток. (Адаптировано из P. Walter and A. E. Johnson, Annu.
Rev. CellBiol. 10: 87–119, 1994. С любезного разрешения Annual Reviews.)12.5.6. В однопроходных трансмембранных белках единственнаявнутренняя сигнальная последовательность ЭР остается в липидном бислое в виде пронизывающей мембрану α-спиралиСигнальная последовательность на растущей полипептидной цепи, по-видимому,инициирует открывание поры транслокатора белков: после того как сигнальнаяпоследовательность высвобождается из SRP и растущая цепь достигает определенной длины, сигнальная последовательность связывается со специфическимсайтом на поре, открывая ее. Таким образом, сигнальная последовательность ЭРраспознается дважды: первый раз SRP в цитозоле, второй — сайтом связыванияв поре транслокатора, где она служит сигналом начала (старта) переноса (илипептидом начала переноса), открывающим пору (показано для растворимого белкаГлава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1245ЭР на рис.
12.45). Двойное узнавание может обеспечивать вход в люмен ЭР толькоправильных белков.Рис. 12.45. Модель, объясняющая, как растворимый белок транслоцируется через мембрану ЭР.При связывании сигнальной последовательности ЭР (которая служит сигналом начала переноса) открывается пора транслокатора, что позволяет полипептидной цепи пересечь липидный бислой в форме петли.После полной транслокации белка пора закрывается, но транслокатор теперь открывается латеральнов липидный бислой, и гидрофобная сигнальная последовательность диффундирует в бислой, где онабыстро распадается.
(На данном и трех последующих рисунках рибосомы опущены для наглядности.)Когда сигнальная последовательность связана с порой транслокатора, онаконтактирует не только с комплексом Sec61, образующим стенки поры, но и с гидрофобной липидной сердцевиной мембраны. Это показано в экспериментахпо сшивке белков, в которых сигнальные последовательности и углеводородныецепи липидов ковалентно связывали друг с другом.
Когда растущая полипептиднаяцепь достигает достаточной длины, сигнальная пептидаза ЭР отрезает сигнальныепоследовательности и высвобождает их из поры в мембрану, где они быстро расщепляются до аминокислот другими протеазами мембраны ЭР. Чтобы высвободитьсигнальную последовательность в мембрану, транслокатор открывается латерально.Таким образом, транслокатор работает в двух направлениях: он может открытьсяи образовать пору в мембране, позволяя гидрофильным частям белков пересечьлипидный бислой, и он может открываться латерально в мембране и давать гидрофобным участкам белка выделиться в липидный бислой.
Латеральное открываниепоры является важным этапом процесса интеграции мембранных белков.Для интеграции мембранных белков необходимо, чтобы некоторые части полипептидной цепи транслоцировались через липидный бислой, а другие — нет.Несмотря на такое дополнительное усложнение, все способы встраивания мембранных белков представляют собой модификации только что описанной последовательности событий переноса растворимого белка в люмен ЭР.
Мы начнем с описаниятрех путей, по которым однопроходные трансмембранные белки (см. рис. 10.19)встраиваются в ЭР.1246Часть IV. Внутренняя организация клеткиВ самом простом случае N-концевая сигнальная последовательность инициируеттранслокацию точно так же, как и для растворимых белков, но дополнительныйгидрофобный участок полипептидной цепи останавливает процесс переноса до того,как вся полипептидная цепь транслоцировалась. Стоп-сигнал переноса (сигналостановки переноса) заякоривает белок в мембране после того, как сигнальнаяпоследовательность ЭР (старт-сигнал переноса) высвобождается из транслокатораи отщепляется (рис. 12.46). Механизм латерального открывания переносит последовательность остановки переноса в бислой, и она остается там в форме единственного пронизывающего мембрану α-спирального сегмента.
При этом N-конецбелка располагается на люминальной стороне мембраны, а C-конец — на цитоплазматической.В двух других случаях сигнальная последовательность расположена внутрибелка, а не на его N-конце. SRP связывается с внутренними сигнальными последовательностями точно так же, как и с N-концевыми. SRP доставляет рибосому,синтезирующую белок, к мембране ЭР и служит старт-сигналом переноса, запускающим транслокацию белка. После высвобождения из транслокатора внутренняяпоследовательность начала переноса остается в липидном бислое в виде единственнойпронизывающей мембрану α-спирали.Внутренние последовательности старта переноса могут связываться с аппаратомтранслокации в одной из двух ориентаций; это, в свою очередь, определяет, какойРис. 12.46.
Как однопроходные трансмембранные белки с отрезанной сигнальной последовательностью ЭР интегрируются в мембрану ЭР. В данном случае котрансляционный процесс транслокациизапускается N-концевой сигнальной последовательностью (красная), которая служит сигналом началапереноса, как на рис.
12.45. Но, в дополнение в старт-сигналу переноса, белок также несет стоп-сигналпереноса (оранжевый). Когда последовательность остановки переноса входит в транслокатор и взаимодействует с сайтом связывания, транслокатор изменяет свою конформацию и латерально высвобождаетбелок в липидный бислой.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1247сегмент белка (расположенный до старт-сигнала переноса или после него) переноситсячерез мембрану в люмен ЭР. В одном случае C-конец получившегося мембранногобелка будет располагаться на люминальной стороне (путь A на рис. 12.47), в другом— на люминальной стороне будет находиться N-конец белка (путь Б на рис. 12.47).Ориентация старт-последовательности переноса зависит от распределения соседнихзаряженных аминокислот, как описано в подписи к рисунку.12.5.7. Различные сочетания сигналов начала и остановки переносаопределяют топологию многопроходных трансмембранных белковВ случае многопроходных трансмембранных белков полипептидная цепьнесколько раз проходит туда и обратно через липидный бислой (см.
рис. 10.19).Считается, что внутренняя сигнальная последовательность служит в этих белкахстарт-сигналом переноса, инициирующим транслокацию, которая продолжаетсядо тех пор, пока транслокатор не встречает стоп-последовательность переноса.В двупроходных трансмембранных белках, например, полипептидная цепь можетбыть высвобождена в бислой (рис. 12.48).
В более сложных многопроходныхбелках, в которых бислой пересекают многочисленные α-спирали, вторая стартпоследовательность переноса повторно инициирует дальнейшую транслокацию полипептидной цепи, протекающую до тех пор, пока стоп-сигнал переноса не вызоветвысвобождение белка, и цикл повторяется для всех следующих последовательностейначала и остановки переноса (рис. 12.49).Будет ли данная гидрофобная сигнальная последовательность служить сигналомначала или остановки переноса, зависит от ее положения в полипептидной цепи.Это доказали при помощи методов рекомбинантных ДНК: функцию сигнальнойпоследовательности можно изменить, изменив ее локализацию в белке. Таким образом, разница между старт- и стоп-сигналами переноса состоит в их относительном расположении в растущей полипептидной цепи.
По-видимому, SRP начинаетсканировать несвернутую полипептидную цепь на наличие гидрофобных участковна N-конце и движется в направлении C-конца, т. е. в направлении синтеза белка.Распознав, что первый подходящий гидрофобный участок вышел из рибосомы,SRP назначает «рамку считывания» интеграции в мембрану: после того как SRPинициирует транслокацию, транслокатор узнает следующий соответствующийгидрофобный участок полипептидной цепи как стоп-сигнал переноса, и сегментцепи между стоп- и старт-последовательностями протягивается через мембрану.Процесс сканирования продолжается до тех пор, пока все гидрофобные участкибелка не окажутся в мембране.Поскольку мембранные белки всегда встраиваются с цитоплазматической стороны ЭР при помощи такого «запрограммированного» механизма, все копии однойполипептидной цепи будут ориентированы в липидном бислое одинаково.
Это создаетасимметрию мембраны ЭР, потому что белковые домены на одной стороне отличаются от белковых доменов на другой. Эта асимметрия поддерживается в многочисленных процессах отпочковывания и слияния, при которых синтезированныев ЭР белки транспортируются в другие клеточные мембраны (см. главу 13). Такимобразом, способ, которым новосинтезированный белок встраивается в мембрануЭР, определяет ориентацию этого белка во всех остальных мембранах.Когда белки диссоциируют от мембраны и встраиваются в искусственныелипидные везикулы, обычно получается случайная смесь правильно и вверх но-1248Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 12.47.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
