Часть 3 (1129751), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Этот белок активирует транскрипцию генов, опосредующих реакцию несвернутых белков (рис. 12.55, б).Несвернутые белки также активируют в ЭР вторую трансмембранную киназу, которая путем фосфорилирования ингибирует фактор инициации трансляции,снижая уровень синтеза новых белков во всех клетках. Одним из последствийснижения трансляции белков является уменьшение потока белков в ЭР, что, в своюочередь, уменьшает количество белков, которые необходимо там свернуть. Однаконекоторые белки лучше транслируются, когда факторов инициации трансляцииГлава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1257Рис. 12.55. Реакция несвернутых белков. (а) Три параллельных сигнальных пути сообщают ядру о накоплении в люмене ЭР неправильно свернутых белков.
В результате активируется транскрипция генов,кодирующих белки, помогающая клетке справляться с избытком таких белков в ЭР. (б) Регулируемыйсплайсинг мРНК является ключевым этапом переключения в пути 1 реакции несвернутых белков.1258Часть IV. Внутренняя организация клеткимало (см. стр. 490). Одним из таких белков является белок-регулятор, помогающийактивировать транскрипцию генов, кодирующих белки, участвующие в реакциинесвернутых белков.Наконец, третий белок-регулятор гена исходно синтезируется как интегральный мембранный белок ЭР.
Поскольку он ковалентно заякорен в мембране, тоне способен активировать транскрипцию генов в ядре. Когда в ЭР накапливаютсянеправильно свернутые белки, трансмембранный белок транспортируется в аппарат Гольджи, где он взаимодействует с протеазами, отщепляющими его цитоплазматический домен, который теперь может мигрировать в ядро и способствоватьактивации транскрипции белков, участвующих в реакции несвернутых белков.Относительная важность каждого из этих путей изменяется от клетки к клетке,позволяя каждому типу клеток регулировать реакцию несвернутых белков в соответствии с их нуждами.12.5.13. Некоторые мембранные белки приобретают ковалентносвязанный гликозилфосфатидилинозитольный (GPI) якорьКак обсуждалось в главе 10, несколько цитоплазматических ферментов катализируют ковалентное присоединение одной жирнокислотной цепи или пренильнойгруппы к определенным белкам.
Эти липиды помогают направлять белки в плазматическую мембрану. Сходный процесс катализируется ферментами ЭР, которыековалентно присоединяют гликозилфосфатидилинозитольный (glycosilphosphatidylinosilol, GPI) якорь к C-концу некоторых мембранных белков, предназначенныхдля транспорта в плазматическую мембрану. Эта связь образуется в люмене ЭР,где одновременно отщепляется трансмембранный участок белка (рис. 12.56). Такимспособом модифицируется большое число белков плазматической мембраны. Поскольку они прикреплены к внешней поверхности плазматической мембраны толькоGPI-якорями, они, в принципе, могут отделяться от клетки в растворимой формев ответ на сигналы, активирующие специфическую фосфолипазу плазматическоймембраны.
Например, паразит трипаносома использует этот механизм для избавления от покрывающих ее GPI-заякоренных белков при атаке иммунной системы.GPI-якоря также могут использоваться для направления белков плазматическоймембраны в липидные рафты, т. е.
для отделения одних мембранных белковот других, как мы обсудим в главе 13.12.5.14. ЭР собирает большинство липидных бислоевМембрана ЭР синтезирует почти все основные классы липидов, включая фосфолипиды и холестерин, необходимые для образования новых клеточных мембран.Основным синтезируемым фосфолипидом является фосфатидилхолин (также называемый лецитином), который может быть образован в три этапа из холина, двухжирных кислот и глицеролфосфата (рис. 12.57). Каждый этап катализируется ферментами мембраны ЭР, активные сайты которых обращены в цитозоль, содержащийвсе необходимые метаболиты.
Таким образом, синтез фосфолипидов происходитисключительно на цитоплазматической стороне мембраны ЭР. Поскольку жирныекислоты нерастворимы в воде, они транспортируются из сайтов их синтеза в ЭРсвязывающим их белком цитозоля. После доставки в мембрану ЭР и активации КоА,ацилтрансферазы последовательно присоединяют две жирные кислоты к глицеролфосфату с образованием фосфатидной кислоты.
Фосфатидная кислота достаточноГлава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1259Рис. 12.56. Присоединение GPI-якоря к белку в ЭР. Первое время после завершения белкового синтезабелок-предшественник остается заякоренным в мембране ЭР гидрофобной C-концевой последовательностью длиной 15–20 аминокислот; остальная часть белка располагается в люмене ЭР. Меньше чемчерез минуту фермент ЭР отрезает белок от его C-конца, связанного с мембраной, и одновременноприсоединяет новый C-конец к аминогруппе на пресинтезированном интермедиате GPI. Углеводнаяцепь содержит инозитол, присоединенный к липиду, давшему GPI-якорю его имя.
За ним следуют глюкозамин и три маннозы. Терминальная манноза связана с фосфоэтаноламином, несущим аминогруппудля присоединения к белку. Сигнал, определяющий такую модификацию, содержится в гидрофобнойC-концевой последовательности и нескольких прилегающих аминокислотах с люминальной сторонымембраны ЭР; если этот сигнал присоединить к другим белкам, они тоже модифицируются таким способом.
Благодаря ковалентно связанному липидному якорю белок остается присоединенным к мембране,а все его аминокислоты сначала экспонированы в люмен ЭР, а затем во внеклеточное пространство.нерастворима в воде, чтобы оставаться в липидном бислое, и ее нельзя экстрагироватьиз мембраны белками, связывающими жирные кислоты. Таким образом, это первыйшаг, приводящий к увеличению липидного бислоя ЭР. Последующие шаги определяют, какую головную группу будет нести новосинтезированная липидная молекула,и, следовательно, какую химическую природу будет иметь бислой, но не приводятк росту мембраны. Два других часто встречаемых мембранных фосфолипида, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин, а также малораспространенный фосфолипидфосфатидилинозитол (PI) синтезируются сходным образом.Поскольку синтез фосфолипидов происходит в цитоплазматической половинелипидного бислоя ЭР, должен существовать механизм, переносящий некоторыеновосинтезированные фосфолипидные молекулы в люминальный монослой.
В искусственных липидных бислоях не происходит такого флип-флопа липидов. Однаков ЭР фосфолипиды равновесно распределяются между монослоями за несколькоминут, что почти в 100 тысяч раз быстрее, чем это происходило бы при самопроизвольном флип-флопе. Такое быстрое движение опосредуется малоизученнымтранслокатором фосфолипидов скрамблазой, который уравновешивает липидымежду монослоями липидного бислоя (рис. 12.58). Таким образом, различные типыфосфолипидов равномерно распределены между слоями мембраны ЭР.Рис. 12.57. Синтез фосфатидилхолина.
Этот фосфолипид синтезируется из глицерол-3-фосфата, цитидиндифосфохолина (CDP-холина) и жирных кислот,доставляемых в ЭР белком, связывающим жирные кислоты.1260Часть IV. Внутренняя организация клеткиГлава 12. Внутриклеточные компартменты и сортировка белка 1261Рис. 12.58. Роль транслокаторов фосфолипидов в синтезе липидных бислоев. (а) Поскольку новыелипидные молекулы добавляются только в цитоплазматическую половину бислоя и не могут самопроизвольно перескакивать из одного монослоя в другой, для переноса липидных молекул с цитоплазматической стороны в люменальную и роста мембраны как бислоя требуется мембраносвязанный транслокатор липидов (называющийся скрамблазой). Скрамблаза неспецифична по отношениюк определенным фосфолипидным головкам и, следовательно, уравновешивает содержание различныхфосфолипидов в монослоях. (б) За счет энергии гидролиза АТP специфичная по отношению к головнымгруппам флиппаза плазматической мембраны активно и направленно переносит фосфатидилсерини фосфатидил-этаноламин из внеклеточного монослоя в цитоплазматический, создавая характерныйасимметричный липидный бислой плазматической мембраны животных клеток (см.
рис. 10.16).Плазматическая мембрана несет другой тип транслокаторов фосфолипидов,принадлежащий семейству насосов P-типа (см. главу 11). Эти флиппазы специфически отбирают во внеклеточном монослое фосфолипиды, содержащие в своейголовке свободные аминогруппы (фосфатидилсерин и фосфатидилэтаноламин —1262Часть IV.
Внутренняя организация клеткисм. рис. 10.3), и используют энергию гидролиза АТPдля их направленного переноса в цитоплазматическиймонослой. Таким образом, плазматическая мембрана посвоему фосфолипидному составу асимметрична, и такоераспределение активно поддерживается флиппазами (см.рис. 10.16). Плазматическая мембрана также содержитскрамблазу, но, в отличие от скрамблазы ЭР, котораяактивна постоянно, фермент плазматической мембранырегулируется и активируется только в некоторых случаях.Например, при апоптозе и в активированных тромбоцитахона снимает липидную асимметрию; результирующее появление на поверхности апоптозных клеток фосфатидилсерина служит сигналом фагоцитам, которые поглощаютРис. 12.59.
Структура цераи переваривают мертвую клетку.мида.ЭР также производит холестерин и церамид(рис. 12.59). Церамид синтезируется путем конденсации аминокислоты серинас жирной кислотой с образованием аминоспирта сфингозина (см. рис. 10.3); затемдобавляется вторая жирная кислота и образуется церамид. Церамид экспортируетсяв аппарат Гольджи, где он служит предшественником синтеза двух типов липидов:для образования глико-сфинголипидов к нему присоединяются олигосахаридныецепи (гликолипиды; см. рис. 10.18), а для синтеза сфингомиелина (см.
главу 10)на него с фосфатидилхолина переносятся две фосфохолиновые головки. Таким образом, гликолипиды и сфингомиелин образуются на относительно поздних этапахсинтеза мембраны. Поскольку они синтезируются ферментами, экспонированнымив люмен аппарата Гольджи, то во всех липидных бислоях, где они есть, располагаются в нецитоплазматическом монослое.Как обсуждается в главе 13, плазматическая мембрана и мембраны аппаратаГольджи, лизосом и эндосом образуют общую мембранную систему, сообщающуюся с ЭР через транспортные пузырьки, переносящие как белки, так и липиды.Митохондрии и пластиды, однако, не входят в эту систему, и им необходимыдругие механизмы импорта липидов для роста. Мы уже видели, что они импортируют большинство своих белков из цитозоля. Несмотря на то что митохондриимодифицируют некоторые импортированные липиды, они не синтезируют их denovo; вместо этого, их липиды импортируются из ЭР либо напрямую, либо опосредованно через другие мембраны клетки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
