Часть 3 (1129751), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Олигосахарид-предшественник, изображенный на рис. 12.50, переносится на аспарагин единым блоком в реакции, катализируемой ферментомолигосахаридтрансферазой. Как и в случае сигнальной пептидазы, с каждым транслокатором в мембранеЭР связана одна олигосахаридтрансфераза. (Рибосома не показана.)пидом олигосахарид при помощи транспортера переходит с цитоплазматическойна люминальную сторону мембраны ЭР (рис. 12.52).Все разнообразие N-связанных олигосахаридных структур зрелых гликопротеинов является результатом последующей модификации исходного олигосахаридапредшественника.
В ЭР три глюкозы (см. рис. 12.50) и одна манноза быстроснимаются с олигосахаридов большинства гликопротеинов. Мы скоро вернемсяк вопросу важности удаления глюкозы. Такой «процессинг» олигосахаридов продолжается в аппарате Гольджи и рассмотрен в главе 13.На данный момент N-связанные олигосахариды считаются наиболее распространенными олигосахаридами, их обнаружили в 90 % всех гликопротеинов. Режеолигосахариды присоединяются к гидроксильной группе боковых цепей остатковсерина, треонина или гидроксилизина.
Такие O-связанные олигосахариды синтезируются в аппарате Гольджи.Глава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1253Рис. 12.52. Синтез связанного с липидом олигосахарида-предшественника в мембране шероховатого ЭР.Олигосахарид собирается сахар за сахаром на липиде, носящем название долихол (полиизопреноид;см. приложение 2.5, стр. 114–115). Долихол — это длинная и очень гидрофобная молекула, ее 22 пятиуглеродных строительных блока способны пронизывать бислой более трех раз, поэтому олигосахаридкрепко удерживается в мембране. Первый сахар связан с долихолом пирофосфатным мо-стиком. Этавысокоэнергетическая связь активирует олигосахарид при его переносе с липида на аспарагин растущейполипептидной цепи на люминальной стороне мембраны шероховатого ЭР. Как показано, синтез олигосахарида начинается на цитоплазматической стороне мембраны ЭР и продолжается на люминальнойпосле того, как липидный интермедиат (Man)5(GlcNAc)2 переносится транспортером на другую сторонубислоя.
Все последующие реакции переноса гликозильных остатков на люменальной стороне ЭР протекают с участием долихол-P-глюкозы и долихол-P-маннозы; эти активированные связанные с липидоммоносахариды синтезируются из долихолфосфата и UDP-глюкозы или GDP-маннозы (соответственно)на цитоплазматической стороне ЭР и затем, по-видимому, переносятся на другую сторону бислоя.GlcNAc = N-ацетилглюкозамин; Man = манноза; Glc = глюкоза.1254Часть IV.
Внутренняя организация клетки12.5.10. Олигосахариды служат маркерами протекания фолдингабелковДолгое время обсуждали, почему гликозилирование является такой распространенной формой модификации белков, входящих в ЭР. Одним из наиболеестранных наблюдений было то, что некоторым белкам N-гликозилирование необходимо для правильного сворачивания в ЭР, но точное расположение олигосахаридов на поверхности белка значения не имеет. Роль гликозилирования в фолдингебелков установили, когда исследовали два белка-шаперона ЭР, носящих названиякальнексина и кальретикулина, поскольку для их функционирования им нуженCa2+.
Эти шапероны представляют собой углевод-связывающие белки, или лектины, и присоединяются к олигосахаридам на не до конца свернувшихся белках,удерживая их в ЭР. Как и другие шапероны, они не дают необратимо агрегироватьне до конца свернутым белкам. Кальнексин и кальретикулин также способствуютассоциации белков с другим шапероном ЭР, который связывается с цистеинами,не успевшими образовать дисульфидные связи.Кальнексин и кальретикулин узнают N-связанные олигосахариды, содержащие одну терминальную глюкозу, и, следовательно, связывают только те белки,у которых две из трех глюкоз уже удалены глюкозидазами с олигосахаридапредшественника. Когда удаляется третья глюкоза, белок диссоциирует от шаперонаи может покинуть ЭР.Как тогда кальнексин и кальретикулин отличают правильно свернутые белкиот несвернутых? Ответ состоит в еще одном ферменте ЭР — глюкозилтрансферазе, которая продолжает добавлять глюкозу к олигосахаридам, потерявшим свою последнююглюкозу.
Однако она добавляет моносахарид только к тем олигосахаридам, которыеприсоединены к несвернутым белкам. Таким образом, несвернутый белок непрерывнопретерпевает последовательные удаление (глюкозидазой) и добавление (глюкозидтрансферазой) глюкозы. Благодаря этому, до тех пор пока не завершится фолдинг,поддерживается сродство белка к кальнексину и кальретикулину (рис. 12.53).12.5.11. Неправильно свернутые белки экспортируются из ЭРи деградируют в цитозолеНесмотря на всю помощь шаперонов, многим молекулам белков (в случае некоторых типов белков более 80 %), транслоцированным в ЭР, не удается правильносвернуться или собраться в комплекс. Такие белки экспортируются из ЭР обратнов цитозоль, где они деградируют.
Механизм обратной транслокации (также называемой ретротранслокацией и дислокацией) до сих пор неизвестен, но, скореевсего, он похож на другие посттрансляционные способы переноса белков. Например, как и при транслокации в митохондрии и хлоропласты, вероятно, необходимышапероны, удерживающие полипептидную цепь в развернутом состоянии до транспорта и во время него. Точно так же для обеспечения направленности транспортаи проталкивания белка в цитозоль необходим источник энергии.
Наконец, скореевсего, требуется транслокатор, некоторые компоненты которого, предположительно,также используются для прямого транспорта в ЭР (например, Sec61).Отбор белков ЭР, которые должны быть направлены на деградацию, представляет собой непростой процесс. Неправильно свернутые белки или не собравшиеся в комплекс белковые субъединицы должны уничтожаться, но интермедиаты фолдинга новосинтезированных белков должны сохраняться.
N-связанныеГлава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1255Рис. 12.53. Роль N-связанного гликозилирования в фолдинге белков ЭР. Связанный с мембраной ЭРшаперон кальнексин присоединяется к не до конца свернутым белкам, содержащим одну терминальнуюглюкозу на N-связанных олигосахаридах, удерживая их в ЭР. Удаление терминальной глюкозы глюкозидазой высвобождает белок от кальнексина. Глюкозилтрансфераза — ключевой фермент, определяющийправильно ли свернулся белок: если белок еще не до конца свернут, фермент переносит с UDP-глюкозына N-связанный олигосахарид новую глюкозу, восстанавливая сродство белка к кальнексину и задерживая его в ЭР.
Цикл повторяется до тех пор, пока белок полностью не свернется. Кальретикулин работаетподобным образом, за исключением того что он является растворимым резидентным белком ЭР. Ещеодин шаперон ЭР, ERp57 (не показан), работает совместно с кальнексином и кальретикулином, удерживаяне до конца свернутые белки в ЭР.олигосахариды помогают различать эти случаи. Они служат показателями того,сколько времени белок провел в ЭР.
Медленное удаление ферментом маннозидазойсердцевины олигосахаридного дерева в ЭР, по-видимому, приводит к образованиюновой олигосахаридной структуры, узнаваемой аппаратом дислокации. Белки,сворачивающиеся и покидающие ЭР быстрее, чем действует маннозидаза, такимобразом избегают деградации.Как только неправильно свернутый белок транслоцировался обратно в цитозоль, N-гликаназа в одном ферментативном акте удаляет всю его олигосахаридную цепь. Убиквитин-лигазы быстро присоединяют к дегликозилированномуполипептиду убиквитин, и белок скармливается протеасомам (см. главу 6), где ондеградирует (рис. 12.54).12.5.12. Неправильно свернутые белки в ЭР активируют реакциюнесвернутых белковКлетки пристально следят за количеством несвернутых белков в различныхкомпартментах.
Накопление несвернутых белков в цитозоле, например, запускает1256Часть IV. Внутренняя организация клеткиРис. 12.54. Экспорт и деградация неправильно свернутых белков ЭР. Неправильно свернутые белкив люмене ЭР транслоцируются обратно в цитозоль, где они дегликозилируются, убиквитинируютсяи деградируют в протеасомах. Неправильно свернутые мембранные белки ждет сходная судьба.реакцию теплового шока (обсуждаемую в главе 6), которая стимулирует транскрипцию генов, кодирующих цитоплазматические шапероны, способствующиеповторному фолдингу белков.
Точно так же накопление неправильно свернутыхбелков в ЭР запускает реакцию несвернутых белков, которая включает в себяувеличение транскрипции генов, кодирующих шапероны ЭР, белки, участвующиев ретротранслокации и деградации белков в цитозоле, и многие другие белки, способствующие усилению способности ЭР к фолдингу.Как неправильно свернутые белки в ЭР посылают сигнал в ядро? Существуют три параллельных пути, по которым протекает реакция несвернутых белков(рис. 12.55, а). Первый путь, который впервые обнаружили в клетках дрожжей,особенно интересен.
Неправильно свернутые белки активируют в ЭР трансмембранную протеинкиназу, что приводит к олигомеризации и аутофосфорилированиюэтого фермента. (Некоторые рецепторы поверхности клетки плазматической мембраны активируются сходным образом, как описано в главе 15.) Олигомеризацияи аутофосфорилирование активируют эндорибонуклеазный домен на цитоплазматической стороне этой же молекулы, который расщепляет специфическую цитоплазматическую РНК в двух положениях, вырезая интрон. Разделенные экзоны затемсоединяются вместе РНК-лигазой, создающей мРНК, которая затем транслируетсяс образованием активного регуляторного белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
