Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 223
Текст из файла (страница 223)
Гидролиз АТР— движущая сила импорта митохондриальных белков в двух разных сайтах. Один из них расположен снаружи от митохондрии, другой — в матриксе (рис. !2.26). Помимо ' 12З. Т(занспорт белков а митохондрии и хлор(зпласты И 01 цктсплаэматичесхкк яэ ци сндркапькын „ Нарте внутрэнняямембрана потенциал митохондрии энергозависимое + р кэмэкенке хоиоормвци нэрто Рис.
12.26. Роль энергии в импорте в матрикс митохондрий. (1) Связанный ццглоплозмотическид Нзр7О отделяется от белка в процессе, зависящем от гидролиза АТР, После вхождения сигнальной последовательности и соседних участков полипептидной цепи в комплекс ТОМ сигнальная последовательность взаимодействует с комплексом Т! М. (2) Затем сигнальная последовательность транслоцируется в матрице в процессе, требующем наличия мембранного потенциала на внутренней мембране. (3) Мигпохондрцальный Нзр70, являющийся частью важного АТРазного комплекса, связывается с полипептидной цепью по мере ее прохождения в матрикс и протаскивает ее через транслокационный канал.
нов семейства Нчр70 требуется гидролиз АТР. 11еобходимость присутствия Нзр70 и АТР в цитозоле можно обойти, если к очищенным митохондриям добавить искусственно развернутый белок. После того как сигнальная последовательность прошла через комплекс ТОМ и связалась с комплексом Т1М, дальнейшая транслокация через канал Т1 М требует мембранного потенциала, который представляет собой электрический компонент электрохимического градиента Н' через внутреннюю мембрану (см, рис, 11.4). Откачивание Н' из матрикса в межмембранное пространство, опосредуемое транспортными процессами во внутренней мембране (обсуждаемыми в главе 14), под держивает электрохимическнй градиент.
Энергия электрохимического градиента Н через внутреннюю мембрану не только способствует синтезу почти всего АТР клетки, но и является движущей силой транслокзции через комплексы Т1М положительно заряженных сигнальных последовательностей путем электрофореза. Митохондриальный Нзр70 также играет ключевую роль в процессе импор. та. Митохондрии, несущие мутантные формы белка, не способны импортировать белки предшественники. Нчр70 является частькт мультисубъединичного белкового комплекса, связанного с матричной частью комплекса Т1 М23 и служащего мотором, протягивакяцим белок предшественник в матрикс. Как и его цитоплазматический родственник, митохондриальный 1ЬР70 обладает высоким сродством к несверну тым полипептидным цепям и крепко связывается с импортированным белком, как только тот выходит из транслокатора Т1М в матрикс.
Затем Нзр70 высвобождает белок в АТР зависимом процессе. Предполагают, что этот энергозатратный цикл связывания и последующего высвобождения служит конечной движущей силой, необходимой для завершения импорта белка после его вхождения в комплекс Т1М23 (см. рис. 12.26). После взаимодействия с митохондриальным Няр70 многие импортированные белки матрикса переходят на другой белок шаперон, митохондриальный НзрбО. Как показано в главе 6, Нзр60 способствует фолдингу несвернутой полипептидной цепи через серию последовательных циклов связывания и высвобождения, сопровождаемых гидролизом АТР.
12.3. Транспорт белкова митохондрии и хпоропяасть> 1103 скжапькаа щ>сттелматиаеатсть паспаясаатеп «песта. а«ЕПЬ ' аа в) расщепление бела«межмембранпстс пратса«сп прсстрааста» б) мм«меьтдтжапаг«с мищи«а ТВОЗ ю9ОО>рамстзВ, бежа внутРенней мамбрапи в) г) Рис. 12.28. Импорт белков из цитозоля во внутреннюю мембрану и межмембранное пространство митохондрий. о) Н-концевая сигнальная последовательность («росная) инициирует импорт в магри«с (см. рис. 12.25).
Гидрофобная последовательность (оронжевоя), следующая за сигналом транспорта в митохондрию, связывается с комплексом Т(М 2 3 во внутренней мембране и останавливает транслокацию. Оставшаяся часть белка протаскивается в межмембранное пространство через транслокатор ТОМ во внешней мембране, а гидрофобная последовательность высвобождается во внутренней. б) Во втором пути встраивания белков во внутреннюю мембрану белок сначала полностью доставляется в матриксное пространство.
Отщепление сигнальной последовательности («росная), используемое для начальной транслокации, открывает соседнюю гидрофобную сигнальную последовательность (оронжевоя) на новом Н-конце. Затем этот сигнал направляет белок во внутреннюю мембрану по тому же ОХА-зависимому пути, который встраивает белки, кодируемые митохондриальным геномом и транслируемые в матриксе. в) Некоторые растворимые белки межмембранного пространства также используют пути, показанные на (о) и (б), до тех пор, пока они не высвобождаются второй сигнальной пептидазой, активный сайт которой располагается в межмембранном пространстве и которая удаляет гидрофобную сигнальную последовательность. г) Транспортеры метаболитов содержат внутренние сигнальные последовательности и проходят через комплекс ТОМ в форме петли.
Затем в межмембранном пространстве они связываются с шаперонами, направляющими их в комплекс Т>М22. Комплекс Т>М22 специализируется на встраивании многопроходньж белков внутренней мембраны. лот, стратегически расположенных в )ь) концевой сигнальной последовательности, служит последовательностью остановки переноса, запрещающей дальнейщук> транслокапик> через внутреннюю мембрану. Комплекс ТОМ протягивает осталь. ной белок через внещнк>ю мембрану в межмембранное пространство, сигнальная последовательность отщепляется в матриксе, и гидрофобная последовательность, высвобожденная из Т1М23, остается заякоренной в мембране. В другом пути транспорта во внутреннюю мембрану или межмембранное пространство комплекс Т1М23 сначала транслоцирует весь белок в матрикс (рис. 12.28, б). Сигнальная пептидаза матрикса удаляет )ь) концевую сигнальную 1104 Часть 1Ч.
Внутренняя организация клетки последовательность, обнажая гидрофобный кластер на новом 1ч-конце. Эта сигнальная последовательность направляет белок в комплекс ОХА, который встраивает белок во внутреннюю мембрану (см. рис. 12.23). Как упомянуто ранее, комплекс ОХА в основном встраивает во внутреннюю мембрану белки, кодируемые н транслируемые в митохондриях, и только несколько импортируемых белков идут по этому пути.
Транслокаторы, близко родственные комплексу ОХА, обнаружены в плазматической мембране бактерий и тилакоидной мембране хлоропластов, где они, по-видимому, встраивают мембранные белки по подобному механизму. Многие белки, использующие эти пути встраивания во внутреннюю мембрану, остаются заякоренными в ней через гидрофобную сигнальную последовательность (см. Рис. 12.28, а и 6). Другие же, однако, высвобождаются в межмембранное пространство протеазой, удэляющей мембранный якорь (см. рис.
12.28, ы). Многие из таких расщепленных белков остаются связанными с внешней поверхностью внутренней мембраны в качестве периферических субъединиц белковых комплексов, содержащих трансмембранные белки. Митохондрии — это принципиальные сайты синтеза АТР в клетке, но они также содержат множество метаболических ферментов, участвующих, например, в цикле лимонной кислоты. Таким образом, в дополнение к белкам митохондрии должны транспортировать через свои мембраны малые метаболиты.
Тогда как вовнешней мембране присутствуют порины, делающие ее проницаемой для таких небольших молекул, во внутренней мембране их нет. Вместо этого, семейство мета- болит-специфичных транспортеров переносит большое число малых молекул через внутреннюю мембрану. В клетках дрожжей эти транспортеры составляют семейство из 35 различных белков, из которых больше всего переносчиков АТР, А))Р и фосфата. Эти многопроходные трансмембранные белки не несут отщепляемых сигнальных последовательностей на 1Ч-конце, но содержат внутренние сигнальные последовательности. Они проходят через комплекс ТОМ во внешней мембране, и межмембранные шапероны направляют их в комплекс Т1М22, который встраивает их во внутреннюю мембрану в процессе, требующем мембранного потенциала, но не митохондриалыюго Нэр70 или АТР (рис. 12.28, г).
Энергетически выгодное встраивание гидрофобных трансмембранных участков во внутреннюю мембрану также, вероятно, является движущей силой этого процесса. 12.3.6. Две сигнальные последовательности направляют белки в тилакоидную мембрану хлоропластов Транспорт белков в хлоропластах похож на транспорт в митохондриях.
Оба процесса происходят постгрансляционно, через разные транслокационные комплексы в каждой мембране, требуют затрат энергии и используют амфифильные 1Ч-концевые последовательности, удаляемые в конце. Однако, за исключением нескольких молекул шаперонов, белковые компоненты, образующие транслокационные комплексы, отличаются. Более того, когда митохондрии используют в качестве движущей силы транспорта электрохимический градиент Н' через внутреннюю мембрану, хлоропласты, которые обладают электрохимическим градиентом Н' через тилакоидную мембрану, используют гидролиз АТР и ОТР для обеспечения энергией транспорта через нх двойную мембрану.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
