Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 119
Текст из файла (страница 119)
6.2.16. Механизмы контроля качества действуют таким образом, чтобы предотвратить трансляцию поврежденных молекул мРНК У эукариот производство мРНК включает в себя как транскрипцию, так и ряд сложных операций процессинга РНК; последние протекают в ядре, отдельно от ри босом, и только по окончании «обработки» молекулы мРНК транспортируются в цитоплазму для последующей их трансляции (см. Рис.
6АО). Однако эта схема не защищена от ошибок и некоторые неправильно процессированные молекулы мРНК по недосмотру все-таки отправляются в цитоплазму. Кроме того, молекулы мРНК, которые были безупречны, когда покидали ядро, могут под действием каких- либо факторов разорваться или повредиться уже в цитозоле. Ясно, что опасность трансляции поврежденных или не полностью процессированных молекул мРНК (в результате чего получились бы усеченные, или по-другому — аберрантные, белки) столь велика, что клетка имеет несколько резервных мер, призванных предотвратить появление таких досадных случаев. Дабы избежать трансляции разорванных молекул мРНК, машины инициации трансляции, прежде чем ее начать, опознают 5'-кэп и поли А-хвост (см. Рис.
6.72). Комплекс соединения экзонов (Е3С) до начала трансляции помогает подтвердить, что молекула мРНК должным образом сплайсировапа: размещаясь на сплайсиро ванной мРНК, он стимулирует ее трансляцию в белок (см. рис. 6.40). Но самая мощная «система надзора» за мРНК, названная нонсенс- опосредствованным распадом мРНК (попзепсе-шег))а!ег! шКХА г)есау), устраняет дефектные молекулы мРНК прежде, чем они могут быть транслированы в белок. Этот механизм вводится в игру, когда клетка решает, что молекула мРНК несег стоп-кодон (()АА, ()АО или НОА) в неподходящем» месте (такой кодон называют бессмысленным, или нонсенс-колоном), — такая ситуация, вероятнее всего, возникает в молекуле мРНК, которая была неправильно сплайсирована.
Аберрантный сплайсинг обычно приводит к случайному введению нонсенс-кодона в рамку считы вания мРНК, особенно в организмах наподобие человека, чьи интроны отличаются большим средним размером (см. Рис. 6.32, б). Этот механизм надзора начинает действовать, когда молекула мРНК транспортируется из ядра в цитозоль. Как только 5'-конец мРНК показывается из ядерной поры, его встречает рибосома, которая и начинаеттранслировать эту мРНК. Г!о мере протекания трансляции комплексы соединения экзонов (Е)С), связанные с мРНК на каждом участке сплайсинга, очевидно, вытесняются движущейся рибосомой. Нормальный стоп-кодон будет находиться в пределах последнего экзона, так что ко времени, когда рибосома достигнет его и остановится, на мРНК больше не должно остаться ни одного Е3С.
Если дело обстоит именно так, то мРНК считается «прошедшей осмотр» и выпускается в цитозоль, где клегка может транслировать ее, уже не сомневаясь в ее правильности (рис. 6.80). Однако, если рибосома достигает преждевременного стоп-кодона и застопоривается, то это значит, что на молекуле стоп-кодоны нормальный старт-колон внутри рамки считывания стоп-кодон к«г«»»тти про-мРНК интрон интрон АНОМАЛЬНЫЙ СПЛАЙСИНГ пмеяии и(ь лчс 4)й 4ЙК 1ййз НОРМАЛЬНЫЙ СПЛАЙСИНà — --ЙВ,-»--,(((()'--: — -дм,. 4)в 4Йз 'ьб«~- рибосома рибосоме.-т':,."~,: Ф Рис. 6 80. Нонсенс опосредсгвованный распад мРНК. Как показано справа, в случае неудачного сплайсинга пре-мРНК в рамку считывания для белка часто вводится преждевременный стоп-колон. Особенно высока вероятность введения такого «внугрирамоч ного» сгоп-кодона у млекопитающих, где интроны, как правило, очень длинны.
При трансляции таких неправильных молекул мРНК получа«тгся аномальные, или аберрантные, белки, которые могут повредить клетке. Однако, как показано в правом нижнем углу рисунка, такие неправильные РНК разрушаются действием механизма нонсенс-опосредствованного распада. Согласно одной из моделей, молекулу мРНК, несущую комплексы соединения э«зонов (Е)С) — чтобы «отметить» успешно завершенные сращивания, — сначала встречает рибосома, которая проводит «пробный» раунд трансляции. Па мере прохождения мРН К через узкий канал рибосомы Е)С вытесняются и успешно прошедшие испытание молекулы мРНК высвобождаются, чтобы подвергнуться уже многократным раундам трансляции (слееа).
Однако если стоп-нодон встретится прежде, чем будет достигнут последний ЕЗС (справа), то мРНК подвергнется нонсенс-опосредствованному распаду, запускаемому белками ПрЦзеленые), которые связываклся с каждым ЕЗС. Обратите внимание, что для запуска нонсенс-опосредствованного распада преждевременный сгоп-кодон должен быть в той же рамке считывания, которая кодирует нормальный белок. (Переработано из 1 Гуьке-Ап бег»ел ет а!., Сей 103: 112 1-1131, 2000. С любезного разрешения издательства Ейейег ) мРНК остались Е.)С, и зта РНК подвергается незамедлительной деградации. Та ким образом, первый раунд трансляции позволяет клетке проверить пригодность каждой молекулы мРНК на выходе из ядра. Нонсенс-опосредствованный контроль, возможно, был особенно важен в зво люции, позволяя клеткам зукариот с большей легкостью осваивать новые гены, образовывавшиеся путем перестроек ДН К, мутаций или альтернативных схем сплай синга, — за счет возможности выбора для трансляции только тех молекул мРНК, которые могут произвести полноразмерные белки.
Нонсенс опосредствованный распад важен также и в клетках развивающейся иммунной системы, где происходят интенсивные перестройки ДНК (см. Рис. 25.36), что часто приводит к появлению преждевременных стоп-кодонов. Система надзора обеспечивает деградацию молекул мРНК, произведенных из таких перестроенных генов, позволяя, таким образом, избежать потенциального токсического воздействия усеченных белков. Наконец, нонсенс опосредствованный контро,зь играет важную роль в смягчении симптомов многих наследственных болезней человека. Как мы знаем, наследственные 62.
Оз РФ$К к балгг)(, 597' домен появляется из рибосомы, в течение нескольких секунд он образует компакт ную структуру, которая содержит болыпинство конечных элементов вторичной структуры (а спиралей и Д.листов), выстроенных в близкой к правильной конфор мации (рис. 6.63). Для многих белковых доменов такое необычайпю динамичное и пластичное состояние, называемое расплавленной глобулой (гиоггеп дгоЬсгге), служит отправной точкой для относительно медленного прог1ссса, в ходе которого происходит множество видоизменений конформации боковых цепей, в результате которых в конечном счете формируется правильная третичная структура. гта синтез белка среднего размера уходит несколько минут, и для некоторых белков бблыпая часть процесса фолдинга завершается к тому времени, когда рибосома высвобождает С конец белка (рис, 6.84).
Рис. В.ВЗ. Струнтура расплавленной глобулы. о) В форме расплавленной глобулы цитохром Ь„, более открыт и менее упорядочен, чем в окончательно свернутой форме, изображенной на виде б Обратите внимание, что расплавленная глобула содержит ббльшую часть вторичной структуры конечной формы, хотя концы а-спиралей еще не завиты, а одна из спиралей сформирована лишь частично.
(Изображения любезно предоставлены зотина ууапо, опубликованы в у. Репб ег ац яГог. 5сгост. Вюг 1: 30 — 35, 1994. С великодушного разрешения издательства Масгпаап Риывиегз гтсг] 6.2.18. Сворачивание многих белков налравллизт молекулярные нзайеронм Далеко нс все белки ггачииантт сворачиваться во время своего синтеза.
Вместо этого, у выхода из рибосомы их встречают белки <специального назначения»-- класс белков, называемых молекулярными шаперонами (гпо!есн!аг сЬарегопз). Молекулярные шанероны нужны клеткам. потому что существует множество раз личных путей, которые могут быть выбраны для преобразования развернутого или частично свернутого белка в ег.о конечную компактную копформацию У многих белков некоторые из промежуточных продуктов, образующихся в ходе синтеза, СВОРАЧИВАНИЕ СВОРДНИВАНИЕ НЕОБРАТИМЫЕ ПО ЗАДАННОМУ ПУТИ ВНЕ ЗАДАННОГО ПУТИ СЛУЧАИ расплавленная гп обуяв катализ шапвронами прюильно свернутый белок Рис.
бай. Современный наглядна фолдинг белка. Каждый домен недавно синтезированною белка 6- ыстродостигаетсостоян храсплавленной глобульм. Последующее сворачивание происходит медленнее и идет по множеству путей, часто с привлечением молекулярных ша перо нов. Некоторым молекулам все равно не удается свернуться правильно; как объяснено в тексте, определенные протеазы распознают такие молекулы и подвергают их деградации. которая действует после того, как белок полносп ю синтезирован. Шаперон такого типа, иногда называемый шаперонипом (с7гарегопгп), формирует «изоляционную камеру», в которую доставляются неправильно свернутые белки, агрегацию коих он предотвращает и предоставляет им благоприятную среду, в которой у них есть возможность исправиться и принять нужную форму (рис.
6.87). П1аперонам, представленным на рис. 6.86 и 6.87, часто приходится осущест влять множество циклов гидролиза АТР, чтобы добиться правильной укладки очередной полипептидной цепи. Хотя часть этой энергии идет на выполнение механической работы, вероятно, намного больше ее расходуется на то, чтобы гарантировать надлежащий фолдинг белка в конце процесса. Точно так же, как мы видели на примерах транскрипции, сплайсинга и трансляции, затраченная свободная энергия может быть употреблена клетками на повышение точности биологического процесса. В случае белкового фолдинга гидролиз АТР позволяет аппарат ~ф рибосома шеперонв НвР70 + ф Рис.
6 36. Семейство Нзр70 молекулярных ша перонов. Эти белки действуют на раннем этапе, опознавая короткий отрезок гидрофобных аминокислот на поверхности белка. При содействии ряда более мелких белков Нзр40 (не показаны) связанные с АТР молекулы Нзр70 захватывают свой целевой белок и затем гидролизуют АТР до АОР, претерпевая конформационные изменения, которые вынуждают молекулы Нарте связываться с мишенью еще прочнее. После того как Нзр40 отделяется, быстрое повторное связывание АТР индуцирует диссоциацию белка Нзр70 после высвобождения АОР. В действительности повторные циклы связывания н высвобождения белка Нзр помогают целевому белку свернуться вновь (совершить рефолдинг), как схематично показано на рис. 6.85. шаперонам распознать широкий круг ошибочно свернутых структур, остановить их дальнейшее сворачивание и возобновить фолдинг белка — уже по правильному пути.
Хотя наше обсуждение было сосредоточено на шаперонах только двух типов, клетка располагает и множеством других. Огромное разнообразие белков в клетках, как можно думать, требует наличия и широкого репертуара шаперонов с много плановыми возможностями контроля и исправления. б.2, з 9. Эиспонироаанные гидрофобные области служат ааарийныйяи сигнапаьви дпя проверки качества бенка Если в клетки на короткое время ввести радиоактивные аминокислоты, то можно проследить, как недавно синтезированные белки созревают до своей ко печной функционально активной формы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
